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石墨烯、碳納米管:2019-2029年市場、技術和機遇分析

日期:2020-04-15 14:38:37    作者:宣傳部    瀏覽量:63 次

本報告詳細分析了石墨烯、碳納米管和非石墨烯的其它二維材料的技術和商業進展以及前景。這種材料技術的分組是有意義的,因為石墨烯和碳納米管盡管在形態學上存在差異,但它們有很多共同點;而非石墨烯二維材料則有望提供互補性的特性。


為什么選擇IDTechEx進行石墨烯、碳納米管和非石墨烯二維材料的研究?

本報告是我們多年來持續研究的結果。我們分別在2011年和2012年推出了第一版關于CNTs和石墨烯的報告。除了最初的研究之外,我們還在歐洲和美國親自組織了13場以商業為主題的活動;此后,我們還在亞洲、歐洲和美國參加了10場非IDTechEx的相關會議和/或演講;我們在全球范圍內采訪了140多個參與者;我們為商業領袖舉辦了12場大師班;我們還完成了7個重要的咨詢項目。所有這些都讓我們對這些行業有了無與倫比的深入了解。

我們的另一個獨特的優勢是,我們對這些材料的終端使用市場有廣泛的深入報道。事實上,我們有一系列關于此類主題的獨立報告。這些關于終端使用市場的專業知識使我們能夠更好地了解這些材料的競爭格局。

碳納米管:簡要概述


CNT已經快三十歲了。在這段時間里,它幾乎走過了整個炒作曲線,從學術上的起源走向了炒作的巔峰,然后幾乎消失在幻滅的谷底。然而如今,CNTs卻悄然卷土重來,現在確實進入了量的增長階段。

與石墨烯和許多其他類似的碳添加劑材料一樣,CNT并非單一類型的材料,而是一大類材料。市面上的CNT的直徑從近1納米到幾百納米不等,從單壁(SWCNT)到多壁(MWCNT)和碳納米纖維。同樣,管子的長度也從幾微米到2毫米不等。
 
每一種CNT都是不同的材料:生產方式不同,加工方式不同,使用方法也不同。這種多樣性還體現在價格上,價格幾乎涵蓋了六個數量級(從最高成本的SWCNT到最低成本的MWCNT)。

多壁碳納米管(MWCNT)市場的演變:悄然進入量的增長階段
多壁碳納米管的生產主要采用C-CVD工藝(催化化學氣相沉積)。全球MWCNTs累計產量的變化情況如下圖。請注意,商業化工作大約從2005/2006年開始。然后,超級炒作開始了,導致生產線急劇增加。這促使行業陷入了產能過剩的狀態,更糟糕的是,許多人被迫生產出的CNT不夠好的CNT,無法有意義地取代炭黑或類似的產品。

左圖:MWCNTs的歷史和預測價格隨時間的變化。此圖中的確切數值已被刪除,但你可以看到價格下降了近100倍。右圖:全球累計產能作為函數時間的全球累計產能,講述了市場演變的故事。資料來源:IDTechEx Research


因此,面對令人失望的前景,一些人離開了這一行業,導致總體產能出現了一定的調整。然后,隨著一些人的進入和離開,全球產能總體上保持不變。但重要的是,產能利用率開始緩慢上升。
 
我們的分析是,現在市場已經進入了一個量的增長期。現在MWCNT在導電塑料中的應用已經很成熟,并且在不斷擴大。同時,它還被添加到新型高分子材料中,如彈性體。更重要的是,它在電池中的應用也越來越多。這一點更為重要,因為電池市場是一個升級版的市場,由于電動汽車對大型電池的需求量大,在高充放電狀態下運行的電動汽車的出現,使得電池市場本身也將迎來快速增長。

總的來說,與大多數碳基材料一樣,CNT的目標市場也是多種多樣的,這使得CNT的前景具有一定的彈性。根據我們的評估,需求的增長將很快隨著產能的增加而顯現出來。一年多前,亞洲地區的一家百噸級工廠投產后,這一進程已經開始了。這一趨勢將持續下去。
 
與石墨烯一樣,CNT也往往是一種替代添加劑。因此,它們必須在價格和性能上與對標的產品進行競爭。這就造成了長期以來的成本下降壓力。因此,該行業別無選擇,只能削減生產成本。而在這一點上,它取得了不錯的成績。
 
這在這里的圖表中也顯示出了CNT的價格變化。藍點顯示的是歷史價格,而紅色的是我們對未來的預測:曲線非常陡峭,價格下降了兩個數量級。

這種價格和數量上的競爭在很大程度上使MWCNT供應業務商品化。然而,這并不意味著材料質量上的所有差異都已消失,因為市場上有許多不同品種的MWCNTs。質量上的差異,根據應用的不同,將表現為微小的價格差異,使市場能夠保留一些特殊的化學特性。

單壁碳納米管(SWCNT)變得更有市場、更實惠?
CNT的故事并不全是關于MWCNT的。事實上,由于單壁碳納米管SWCNT的表面體積比更高,其單管性能更優越。然而,它們的生長難度更大、成本更高,而且是金屬和半導體的混合型產品,而且更難分散,盡管相同或更好的效果所涉及的重量百分比可能更低。這三個特性綜合起來,使其市場僅限于一些利基電子器件。
 
現在,一些公司正在尋求改變這種情況,提供更多的價格和可用的SWCNT。價格和量的領先者正在崛起,希望將SWCNT在市場定位上向高性能MWCNT靠攏。這些SWCNT可能會在某些應用中與MWCNT作為替代品進行競爭,但更有趣的是,盡管它們的雜質含量適中至高,但它們將開辟新的應用(在生長型中)。

一個有趣的應用是,由于其超低的負載水平,它們可以實現彩色(相對于黑色)導電膠。我們評估,這種和類似的SWCNT將首先找到能夠為客戶提供這種額外價值的市場,因為它們仍然無法在成本上直接競爭。


石墨烯:終于走出實驗室,走向市場?


石墨烯也在經歷著自己的炒作曲線。可以說,它現在正處于那個幻滅谷。不過,石墨烯的商業化進程正在穩步推進。這可以用下面的主要趨勢來概括。
 
1、行業經驗的不斷增加。在早期的時候,石墨烯被過度地當作一種神奇的材料,一夜之間就會徹底改變幾乎所有的行業。然而,隨著時間的推移,人們慢慢地回到了現實中。如今,石墨烯已經被越來越多人們正確地認識,被看作是廣義的碳添加劑材料中其中的一種而已。


此外,市場現在意識到石墨烯材料有很多,并不是所有的石墨烯材料都是相同的。因此,用戶現在已經接受了這樣的觀點,即不能先驗性地確定獲勝的材料,因為最終的應用級結果受許多參數的影響,如石墨烯的形態、配方/共混技術和條件等。

2、可用性越來越高。石墨烯具有多種多樣的有用特性,因此應用渠道也多種多樣。然而,大多數目標應用都是批量市場。因此,供應商必須承擔風險,在需求量小且不確定的情況下,投資大量生產。這一點是不可避免的,否則,供應商永遠無法超越原型設計或性能展示階段。這一過程(生產能力)在全球范圍內取得了如此重大的進展,以至于從中期來看,可用性并不是一個主要的行業問題。

有意思的是,正如現在很多行業所熟悉的那樣,中國已經成為名義上的產能的領地。它的崛起,也使得直接液相剝離工藝在產能占比上也成為了領先的工藝。這是因為很多中國的生產商并不屬于第一波石墨烯企業,他們依賴當時的rGO工藝。
 
3、越來越高的承受能力。與CNTs類似,石墨烯在很大程度上是一種替代材料。因此,它必須在價格和性能上與現有的解決方案進行競爭。作為一種新的特種材料,石墨烯曾因價格和定價策略的差異性(數量級)過高而備受煎熬。
 
這種情況已經改變了。目前,石墨烯板塊價格已經下降,并開始收斂。不過,價格不會圍繞著一個點進行結算,這反映了石墨烯種類的多樣性,也賦予了石墨烯特殊的化學特性。此外,供應商出于對過早商品化的擔憂,將不愿意進一步削減成本,盡管這一趨勢的延續有其必然性。

4、銷售量和收入不斷增加。我們的數據顯示,自2013年以來,石墨烯公司層面的收入一直在穩步上升。這種上升主要反映在整體上,這種上升將以類似的速度持續到2020/21年左右,我們的模型表明,大約在這一時期,市場將出現一個拐點,使市場進入快速的量增階段。
 
5、收入的增長并不總是伴隨著利潤的增加。事實上,情況往往恰恰相反,虧損與收入同步增長。事實上,盡管有幾家盈利的公司存在,但整個行業仍處于虧損狀態。
 
這種情況并不奇怪,但很可能很快就會改變。經驗表明,新材料的商業化需要幾年甚至幾十年的時間。石墨烯也不例外,因此,我們認為這種行為是行業發展過程中的自然現象。

我們預測,未來十年內,在材料供應層面,將形成一個約3億美元的市場。由于石墨烯在很大程度上仍是一種添加劑材料,這意味著在未來幾年內,我們將發現不同類型的石墨烯將在眾多的量產應用中出現。值得記住的是,這種成功不會是一蹴而就的,而是近二十年來全球堅定不移的研究和商業化努力的結果。

非石墨烯二維材料?

這些材料在很大程度上仍處于學術階段。然而,這些材料具有巨大的長期前景,因為它們可以補充石墨烯的特性。例如,它們可以將絕緣或半導體(帶隙大的)二維材料添加到材料選擇菜單中。在本報告中,我們將概述一些最新的進展,特別是重點介紹它們在未來電子應用中的需求。


文章來源:石墨烯資訊

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