耐低温、低成本！我国科学家开发出微型超级电容器【附电容器技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组研究员吴忠帅团队，联合大连交通大学教授王韶旭团队，在低温高压水系/有机混合电解液开发方面取得新进展。该团队开发出具有宽电化学稳定窗口、耐低温、低成本的混合电解液，构筑出耐低温高性能微型超级电容器。

该研究通过在水系电解液中引入CaCl2和乙二醇添加剂，获得了中等浓度的（3.86m CaCl2+1m LiCl）宽电位窗口、耐低温电解液。实验和理论分析表明，CaCl2的引入可最大限度地减少具有强氢键的水分子的数量，而乙二醇的添加则可减少钙离子第一溶剂化壳层中H2O分子的数量，并破坏水分子之间形成的氢键网络，使得所设计的混合电解液具有3.5V的宽电化学稳定性窗口和低于-120 ℃的凝固点。进一步，研究发现，基于该电解液所构筑的微型超级电容器可提供1.6V的高电压，在-40 °C时的容量保持率是室温下的62%，同时具有优异的循环性能，在此温度下运行两万圈后，容量保持率达98.5%。上述成果为低温储能器件电解液的设计提供了新思路。

相关研究成果以A low-cost moderate-concentration hybrid electrolyte of introducing CaCl2 and ethylene glycerol enables low-temperature and high-voltage micro-supercapacitors为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

图源：耐低温微型超级电容器

技术价值观察

水系微型储能器件因安全的特征在便携式微型电子设备和规模化储能等领域颇具应用前景。基于该电解液构筑的微型超级电容器在-40 °C时具有1.6V高电压和62%的容量保持率，为低温储能器件电解液的设计提供了新思路。

电容器产业链上游为电极材料和电解质材料行业，下游行业主要应用于军用和民用领域，军用领域包括航空、航天、舰船、兵器、电子对抗等，民用领域包括消费电子、工业控制、电力设备及新能源、通讯设备、轨道交通、医疗电子设备及汽车电子等。

宏观市场环境

电容器行业竞争梯队

从电容器行业整体竞争情况来看，以日系厂商为代表的国际巨头占据电容器高端市场，国内厂商与国际巨头尚存在差距，整体水平较低。但在部分细分领域，国内少数厂商已经进入高端市场。未来随着国内厂商技术水平的不断进步，国内厂商有望完成从低端向高端的转变。

下游市场需求持续推动行业发展

随着下游5G通讯行业、新能源汽车行业、消费电子业的技术升级，电容器的应用领域将不断拓宽，需求量越来越大。因此，电容器具有广阔的发展空间。前瞻保守估计，2021-2026年电容器行业市场规模将以4.5%左右的增速增长，2021年电容器行业市场规模预测为1214亿元，2026年电容器行业市场规模预测为1513亿元。

中国电容器行业发展趋势

未来随着我国消费电子、新能源、轨道交通等电容器下游应用行业的快速发展，电容器产品需求将进一步提升，产品应用范围也将不断扩大;同时，下游电子产品呈现小型化趋势，推动上游电容器也朝着小型化、超薄化、大容量化、固体化等方向发展;然而当前我国高端电容器及部分原材料仍需大量进口，国产化进程迫在眉睫，随着国内厂商生产技术不断发展，我国电容器国产替代进程将不断加快。

中国电容器技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，目前电容器关键技术强相关的城市集群主要集中在粤港澳大湾区、长三角地区以及成都和西安地区，尤其是广东省成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于电容器技术，成为潜在的电容器技术发展中心。根据热力图的分布，广东省广州市有极大的可能性成为电容器技术的先导区域。此外，重点关注温州市乐清市、深圳市福田区、成都市青羊区以及西安市雁塔区等地的相关企业，以及这些地方对电容器产业发展的投资环境和潜力市场。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国电容器行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

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