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石墨烯、碳纳米管:2019-2029年市场、技术和机遇分析

日期:2020-04-15 14:38:37    作者:宣传部    浏览量:2605 次

本报告详细分析了石墨烯、碳纳米管和非石墨烯的其它二维材料的技术和商业进展以及前景。这种材料技术的分组是有意义的,因为石墨烯和碳纳米管尽管在形态学上存在差异,但它们有很多共同点;而非石墨烯二维材料则有望提供互补性的特性。


为什么选择IDTechEx进行石墨烯、碳纳米管和非石墨烯二维材料的研究?

本报告是我们多年来持续研究的结果。我们分别在2011年和2012年推出了第一版关于CNTs和石墨烯的报告。除了最初的研究之外,我们还在欧洲和美国亲自组织了13场以商业为主题的活动;此后,我们还在亚洲、欧洲和美国参加了10场非IDTechEx的相关会议和/或演讲;我们在全球范围内采访了140多个参与者;我们为商业领袖举办了12场大师班;我们还完成了7个重要的咨询项目。所有这些都让我们对这些行业有了无与伦比的深入了解。

我们的另一个独特的优势是,我们对这些材料的终端使用市场有广泛的深入报道。事实上,我们有一系列关于此类主题的独立报告。这些关于终端使用市场的专业知识使我们能够更好地了解这些材料的竞争格局。

碳纳米管:简要概述


CNT已经快三十岁了。在这段时间里,它几乎走过了整个炒作曲线,从学术上的起源走向了炒作的巅峰,然后几乎消失在幻灭的谷底。然而如今,CNTs却悄然卷土重来,现在确实进入了量的增长阶段。

与石墨烯和许多其他类似的碳添加剂材料一样,CNT并非单一类型的材料,而是一大类材料。市面上的CNT的直径从近1纳米到几百纳米不等,从单壁(SWCNT)到多壁(MWCNT)和碳纳米纤维。同样,管子的长度也从几微米到2毫米不等。
 
每一种CNT都是不同的材料:生产方式不同,加工方式不同,使用方法也不同。这种多样性还体现在价格上,价格几乎涵盖了六个数量级(从最高成本的SWCNT到最低成本的MWCNT)。

多壁碳纳米管(MWCNT)市场的演变:悄然进入量的增长阶段
多壁碳纳米管的生产主要采用C-CVD工艺(催化化学气相沉积)。全球MWCNTs累计产量的变化情况如下图。请注意,商业化工作大约从2005/2006年开始。然后,超级炒作开始了,导致生产线急剧增加。这促使行业陷入了产能过剩的状态,更糟糕的是,许多人被迫生产出的CNT不够好的CNT,无法有意义地取代炭黑或类似的产品。

左图:MWCNTs的历史和预测价格随时间的变化。此图中的确切数值已被删除,但你可以看到价格下降了近100倍。右图:全球累计产能作为函数时间的全球累计产能,讲述了市场演变的故事。资料来源:IDTechEx Research


因此,面对令人失望的前景,一些人离开了这一行业,导致总体产能出现了一定的调整。然后,随着一些人的进入和离开,全球产能总体上保持不变。但重要的是,产能利用率开始缓慢上升。
 
我们的分析是,现在市场已经进入了一个量的增长期。现在MWCNT在导电塑料中的应用已经很成熟,并且在不断扩大。同时,它还被添加到新型高分子材料中,如弹性体。更重要的是,它在电池中的应用也越来越多。这一点更为重要,因为电池市场是一个升级版的市场,由于电动汽车对大型电池的需求量大,在高充放电状态下运行的电动汽车的出现,使得电池市场本身也将迎来快速增长。

总的来说,与大多数碳基材料一样,CNT的目标市场也是多种多样的,这使得CNT的前景具有一定的弹性。根据我们的评估,需求的增长将很快随着产能的增加而显现出来。一年多前,亚洲地区的一家百吨级工厂投产后,这一进程已经开始了。这一趋势将持续下去。
 
与石墨烯一样,CNT也往往是一种替代添加剂。因此,它们必须在价格和性能上与对标的产品进行竞争。这就造成了长期以来的成本下降压力。因此,该行业别无选择,只能削减生产成本。而在这一点上,它取得了不错的成绩。
 
这在这里的图表中也显示出了CNT的价格变化。蓝点显示的是历史价格,而红色的是我们对未来的预测:曲线非常陡峭,价格下降了两个数量级。

这种价格和数量上的竞争在很大程度上使MWCNT供应业务商品化。然而,这并不意味着材料质量上的所有差异都已消失,因为市场上有许多不同品种的MWCNTs。质量上的差异,根据应用的不同,将表现为微小的价格差异,使市场能够保留一些特殊的化学特性。

单壁碳纳米管(SWCNT)变得更有市场、更实惠?
CNT的故事并不全是关于MWCNT的。事实上,由于单壁碳纳米管SWCNT的表面体积比更高,其单管性能更优越。然而,它们的生长难度更大、成本更高,而且是金属和半导体的混合型产品,而且更难分散,尽管相同或更好的效果所涉及的重量百分比可能更低。这三个特性综合起来,使其市场仅限于一些利基电子器件。
 
现在,一些公司正在寻求改变这种情况,提供更多的价格和可用的SWCNT。价格和量的领先者正在崛起,希望将SWCNT在市场定位上向高性能MWCNT靠拢。这些SWCNT可能会在某些应用中与MWCNT作为替代品进行竞争,但更有趣的是,尽管它们的杂质含量适中至高,但它们将开辟新的应用(在生长型中)。

一个有趣的应用是,由于其超低的负载水平,它们可以实现彩色(相对于黑色)导电胶。我们评估,这种和类似的SWCNT将首先找到能够为客户提供这种额外价值的市场,因为它们仍然无法在成本上直接竞争。


石墨烯:终于走出实验室,走向市场?


石墨烯也在经历着自己的炒作曲线。可以说,它现在正处于那个幻灭谷。不过,石墨烯的商业化进程正在稳步推进。这可以用下面的主要趋势来概括。
 
1、行业经验的不断增加。在早期的时候,石墨烯被过度地当作一种神奇的材料,一夜之间就会彻底改变几乎所有的行业。然而,随着时间的推移,人们慢慢地回到了现实中。如今,石墨烯已经被越来越多人们正确地认识,被看作是广义的碳添加剂材料中其中的一种而已。


此外,市场现在意识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,用户现在已经接受了这样的观点,即不能先验性地确定获胜的材料,因为最终的应用级结果受许多参数的影响,如石墨烯的形态、配方/共混技术和条件等。

2、可用性越来越高。石墨烯具有多种多样的有用特性,因此应用渠道也多种多样。然而,大多数目标应用都是批量市场。因此,供应商必须承担风险,在需求量小且不确定的情况下,投资大量生产。这一点是不可避免的,否则,供应商永远无法超越原型设计或性能展示阶段。这一过程(生产能力)在全球范围内取得了如此重大的进展,以至于从中期来看,可用性并不是一个主要的行业问题。

有意思的是,正如现在很多行业所熟悉的那样,中国已经成为名义上的产能的领地。它的崛起,也使得直接液相剥离工艺在产能占比上也成为了领先的工艺。这是因为很多中国的生产商并不属于第一波石墨烯企业,他们依赖当时的rGO工艺。
 
3、越来越高的承受能力。与CNTs类似,石墨烯在很大程度上是一种替代材料。因此,它必须在价格和性能上与现有的解决方案进行竞争。作为一种新的特种材料,石墨烯曾因价格和定价策略的差异性(数量级)过高而备受煎熬。
 
这种情况已经改变了。目前,石墨烯板块价格已经下降,并开始收敛。不过,价格不会围绕着一个点进行结算,这反映了石墨烯种类的多样性,也赋予了石墨烯特殊的化学特性。此外,供应商出于对过早商品化的担忧,将不愿意进一步削减成本,尽管这一趋势的延续有其必然性。

4、销售量和收入不断增加。我们的数据显示,自2013年以来,石墨烯公司层面的收入一直在稳步上升。这种上升主要反映在整体上,这种上升将以类似的速度持续到2020/21年左右,我们的模型表明,大约在这一时期,市场将出现一个拐点,使市场进入快速的量增阶段。
 
5、收入的增长并不总是伴随着利润的增加。事实上,情况往往恰恰相反,亏损与收入同步增长。事实上,尽管有几家盈利的公司存在,但整个行业仍处于亏损状态。
 
这种情况并不奇怪,但很可能很快就会改变。经验表明,新材料的商业化需要几年甚至几十年的时间。石墨烯也不例外,因此,我们认为这种行为是行业发展过程中的自然现象。

我们预测,未来十年内,在材料供应层面,将形成一个约3亿美元的市场。由于石墨烯在很大程度上仍是一种添加剂材料,这意味着在未来几年内,我们将发现不同类型的石墨烯将在众多的量产应用中出现。值得记住的是,这种成功不会是一蹴而就的,而是近二十年来全球坚定不移的研究和商业化努力的结果。

非石墨烯二维材料?

这些材料在很大程度上仍处于学术阶段。然而,这些材料具有巨大的长期前景,因为它们可以补充石墨烯的特性。例如,它们可以将绝缘或半导体(带隙大的)二维材料添加到材料选择菜单中。在本报告中,我们将概述一些最新的进展,特别是重点介绍它们在未来电子应用中的需求。


文章来源:石墨烯资讯

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