- Tập trung vào việc lưu trữ năng lượng hiệu quả đã kích hoạt sự xuất hiện của siêu tụ điện
- Các viện nghiên cứu đã phát hiện ra quy trình sản xuất sáng tạo cho siêu tụ điện
- Sự tập trung vào sự phát triển vật liệu siêu tụ điện phổ biến
- Công nghiệp ô tô - Lĩnh vực tiềm năng tăng trưởng chính cho các nhà sản xuất siêu tụ điện
- Vai trò của siêu tụ điện trong triển vọng của ngành điện tử và năng lượng & điện
Các ngành công nghiệp điện tử công suất đã được trên một xoắn ốc đi lên và hiển thị không có dấu hiệu dừng lại, như xu hướng của điện khí hóa thâm nhập một phạm vi rộng lớn hơn của lĩnh vực công nghiệp và đòi hỏi các yêu cầu của các thiết bị điện tử công suất công nghệ cao. Trong những năm gần đây, nhu cầu về các giải pháp lưu trữ điện tiên tiến đã tăng lên rõ rệt, được kích hoạt bởi tính thiết yếu của việc lưu trữ nhanh hơn, quản lý điện năng hiệu quả và tối ưu hóa năng lượng.
Bản chất hướng ứng dụng của ngành điện tử công suất đã đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các giải pháp lưu trữ điện, chẳng hạn như tụ điện. Hiệu quả tương đối về thời gian trong quá trình sạc tụ điện đã thúc đẩy việc triển khai chúng trong vô số thiết bị lưu trữ điện năng. Tuy nhiên, vẫn còn tiềm năng cải thiện khả năng lưu trữ điện của các tụ điện, do đó đã dẫn đến sự phát triển của siêu tụ điện - còn được gọi là siêu tụ điện hoặc tụ điện hóa (EC).
Tập trung vào việc lưu trữ năng lượng hiệu quả đã kích hoạt sự xuất hiện của siêu tụ điện
Khi sự phát triển công nghiệp bắt đầu xoay quanh xu hướng điện khí hóa, những đổi mới trong thiết kế của siêu tụ điện đã bắt đầu nhanh chóng. Các công ty khổng lồ toàn cầu, bao gồm General Electric, đã tiến hành các thí nghiệm dành riêng cho việc cải tiến thiết kế trong siêu tụ điện, nhằm tận dụng nhu cầu ngày càng tăng đối với siêu tụ điện trong các ngành công nghiệp như một yếu tố thúc đẩy điện khí hóa chính. NEC Corporation là một trong số ít công ty đầu tiên đưa siêu tụ điện ra thế giới một cách thương mại; Công ty Standard Oil của Ohio (SOHIO) chủ yếu là do phát minh này.
Sau sự xuất hiện của chất siêu dẫn như một giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn, sự phổ biến của công nghệ EC đã tăng ngay lập tức. Các thiết kế của siêu tụ điện đã tiến bộ qua nhiều thế hệ kể từ lần ra mắt thương mại đầu tiên. Các tổ chức nghiên cứu và các công ty hàng đầu trong ngành điện tử công suất vẫn đang tập trung vào việc đổi mới các phương pháp sản xuất và vật liệu để nâng cao hơn nữa hiệu suất và hiệu suất chi phí của siêu tụ điện.
Các viện nghiên cứu đã phát hiện ra quy trình sản xuất sáng tạo cho siêu tụ điện
Bất chấp các đặc tính hoạt động tuyệt vời của siêu tụ điện, các nhà sản xuất vẫn đang phải vật lộn để kiểm soát chi phí sản xuất cao và khả năng tích trữ năng lượng của siêu tụ điện thấp hơn so với pin. Ngoài ra, những lo ngại liên quan đến độ bền apropos của siêu tụ điện đã hạn chế việc áp dụng nó trong các ứng dụng công nghiệp ở một mức độ nhất định. Trước những lo ngại này, các công ty sản xuất siêu tụ điện đã và đang đầu tư rất nhiều vào nghiên cứu và phát triển (R&D) để thiết kế ra phiên bản siêu tụ điện ưu việt hơn.
Một số cải tiến dựa trên nghiên cứu đã định hình thị trường siêu tụ điện trong năm năm qua là,
- Vào tháng 2 năm 2013, các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Los Angeles đã phát hiện ra một phương pháp chế tạo đột phá và hiệu quả về chi phí để sản xuất siêu tụ điện quy mô siêu nhỏ bằng cách sử dụng ổ ghi DVD LightScribe dành cho người tiêu dùng. Những siêu tụ điện siêu nhỏ này bao gồm một lớp cacbon graphit dày một nguyên tử và có thể dễ dàng tích hợp vào các thiết bị điện tử thu nhỏ. Với việc sử dụng một tấm graphene hai chiều kết hợp với kỹ thuật chế tạo mới, các nhà nghiên cứu có thể giảm chi phí sản xuất đến một mức độ lớn và mở rộng phạm vi ứng dụng cho siêu tụ điện.
- Vào tháng 7 năm 2013, các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) đã phát triển một phương pháp sáng tạo để sản xuất hàng loạt quả cầu nano graphene trung tính 3 chiều (MGB) có thể được sử dụng trong sản xuất siêu tụ điện. Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng các đặc tính của graphene trung tính sẽ cải thiện khả năng mở rộng, chất lượng và hiệu quả chi phí của siêu tụ điện, mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng trong xe điện.
- Vào tháng 8 năm 2014, các kỹ sư tại Đại học Monash ở Úc đã phát triển một phương pháp mới về phương pháp sản xuất graphene bên trong siêu tụ điện để cải thiện mật độ năng lượng của chúng gấp 10 lần so với các thiết bị thương mại. Các kỹ sư đã tạo ra vật liệu graphene vĩ mô thông qua một quy trình tương tự như phương pháp sản xuất giấy truyền thống. Ngoài ra, họ khẳng định thêm rằng bằng cách khử hóa chất dạng dung dịch - oxit graphit trong graphene, các kỹ sư có thể mở ra con đường mới để thương mại hóa graphene và các siêu tụ điện có mật độ năng lượng cao hơn 10 lần.
- Một nhóm các nhà nghiên cứu ở Hàn Quốc đã phát hiện ra một vật liệu thay thế sáng tạo khác thường nhưng rất phù hợp cho các điện cực của siêu tụ điện vào tháng 8 năm 2014. Họ đã nghĩ ra cách sử dụng đầu lọc thuốc lá trong siêu tụ điện, có thể biến đổi thành vật liệu dựa trên carbon hiệu suất cao với công suất cao mật độ. Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng thành công đầu lọc thuốc lá đã qua sử dụng để lưu trữ nhiều năng lượng điện hơn so với carbon bán trên thị trường.
Sự tập trung vào sự phát triển vật liệu siêu tụ điện phổ biến
Việc hướng tới phát triển các vật liệu hiệu suất cao đã thu hút được sự quan tâm của các nhà sản xuất siêu tụ điện, với nhu cầu ngày càng tăng về siêu tụ điện trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như thiết bị điện tử tiêu dùng đeo được và xe điện. Mặc dù graphene vẫn là một trong những vật liệu thích hợp cho siêu tụ điện, các hoạt động nghiên cứu đang diễn ra ám chỉ những biến đổi đáng kể trong bối cảnh thị trường siêu tụ điện.
Một nhóm các nhà hóa học từ Viện Khoa học Phân tử Van't Hoff của Đại học Amsterdam đã phát minh ra một vật liệu mới cho siêu tụ điện trong khi tiến hành các thí nghiệm cho dự án pin nhiên liệu của họ. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vật liệu siêu tụ điện có độ xốp cao có chi phí thấp, nhẹ và không độc hại và có thể được sử dụng trong các ứng dụng thương mại tiềm năng của siêu tụ điện, chẳng hạn như giao thông vận tải, thiết bị điện tử và thiết bị lưu trữ năng lượng.
Một nhóm các nhà khoa học khác tại UC Santa Cruz và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đã sử dụng graphene in 3D siêu nhanh để giảm độ dày theo thứ tự milimét và cải thiện các đặc tính hiệu suất của siêu tụ điện bao gồm mật độ điện và khả năng duy trì điện dung.
Một siêu tụ điện có thể gập lại được làm bằng giấy thông thường bởi các kỹ sư từ Đại học Georgia Tech và Đại học Hàn Quốc có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong thời gian dài, đặc biệt là trong các sản phẩm điện tử đeo được vì nó rất linh hoạt. Các nhà khoa học, kỹ sư và nhà nghiên cứu trên khắp thế giới chủ yếu tập trung vào việc cân bằng mật độ năng lượng và mật độ năng lượng của siêu tụ điện để tránh mất điện cùng một lúc.
Những phát triển và đổi mới gần đây trong vật liệu được sử dụng trong sản xuất siêu tụ điện chủ yếu tập trung vào việc giảm khả năng tự phóng điện hoặc đoản mạch. Các bên liên quan trên thị trường siêu tụ điện đang hướng tới việc tận dụng các đặc tính hiệu suất khác nhau của tụ điện giả và tụ điện lai, có thể phản ánh mật độ năng lượng cao hơn bất kỳ loại siêu tụ điện nào khác.
Trong khi nhu cầu về tụ điện hai lớp vẫn cao nhất trên thị trường siêu tụ điện, thì tụ điện lai đang chứng kiến sự gia tăng nhu cầu trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau.
Công nghiệp ô tô - Lĩnh vực tiềm năng tăng trưởng chính cho các nhà sản xuất siêu tụ điện
Hiện nay, lĩnh vực ô tô là lĩnh vực tiềm năng tăng trưởng cao cho các nhà sản xuất thiết bị lưu trữ năng lượng chất lượng cao, chẳng hạn như siêu tụ điện. Trong năm 2013, các ứng dụng ô tô của siêu tụ điện chiếm ít hơn 1/5 ngày của phần doanh thu của thị trường siêu tụ điện. Tuy nhiên, với sự phát triển gần đây của ngành công nghiệp ô tô, ô tô đã trở thành một trong những ứng dụng quan trọng nhất của siêu tụ điện.
Với việc các nhà sản xuất ô tô tập trung vào việc giảm sự phụ thuộc vào ngành công nghiệp dầu mỏ và các cơ quan quản lý áp đặt các quy định nghiêm ngặt về môi trường, triển vọng tăng trưởng của xe điện được dự báo là đầy hứa hẹn. Điều này đã khiến các nhà sản xuất siêu tụ điện để mắt đến các cơ hội sinh lời trong ngành công nghiệp ô tô đang phát triển nhanh chóng.
Phát triển siêu tụ điện phù hợp cho xe điện hoặc xe điện hybrid là một trong những chiến lược kinh doanh quan trọng nhất của các công ty sản xuất siêu tụ điện. Mặt khác, các nhà sản xuất ô tô cũng đang trong cuộc chạy đua để tung ra các loại xe điện hiệu quả nhất, điều này biện minh cho việc họ săn lùng các hệ thống lưu trữ năng lượng chất lượng cao. Điều này cuối cùng phản ánh trong phạm vi ngày càng mở rộng cho những đổi mới về siêu tụ điện trong ngành công nghiệp ô tô đang phát triển nhanh chóng.
Vào tháng 2 năm 2019, Tesla Inc. - gã khổng lồ toàn cầu trong ngành ô tô và năng lượng - thông báo rằng họ đã mua lại Maxwell Technologies Inc. - một công ty hàng đầu về công nghệ pin - với giá khoảng 218 triệu USD. Công ty đặt mục tiêu tận dụng các cơ hội sinh lợi cho xe điện và với việc mua lại này, họ có kế hoạch bổ sung chuyên môn trong lĩnh vực siêu tụ điện có thể tăng tốc khả năng sạc pin cho ô tô.
Vào tháng 5 năm 2018, Rolls-Royce - nhà sản xuất ô tô hạng sang hàng đầu thế giới - đã ký thỏa thuận hợp tác với Superdielectrics Ltd - một công ty khởi nghiệp về công nghệ có trụ sở tại Vương quốc Anh, khám phá tiềm năng của siêu tụ điện và tạo ra một bộ lưu trữ năng lượng cao hiện đại. Công nghệ. Với sự hợp tác này, Roll-Royce nhằm mục đích kết hợp chuyên môn về khoa học vật liệu với các polyme ưa nước của Superdielectrics để phát triển các ứng dụng pin siêu tụ điện đẳng cấp thế giới.
Lamborghini là một nhà sản xuất ô tô hàng đầu khác tham gia vào nhóm các công ty ô tô đang có kế hoạch tận dụng các đặc tính đặc biệt của siêu tụ điện trong quá trình điện khí hóa ngành ô tô. Giám đốc kỹ thuật của công ty gần đây đã tuyên bố rằng công ty trước đây đã sử dụng siêu tụ điện trên Lamborghini Aventador để làm pin khởi động. Các chuyên gia dự đoán rằng người kế nhiệm của Aventador có thể sử dụng các siêu tụ điện giống hệt nhau.
Ngành công nghiệp ô tô không ngừng phát triển đã tạo ra một môi trường cạnh tranh thú vị cho các nhà sản xuất siêu tụ điện. Việc tìm kiếm những tiến bộ không ngừng trong hiệu suất của siêu tụ điện có thể sẽ kích hoạt một số đổi mới đột phá trên thị trường siêu tụ điện trong những năm tới.
Vai trò của siêu tụ điện trong triển vọng của ngành điện tử và năng lượng & điện
Ngành ô tô và vận tải dự kiến sẽ chiếm hơn 1/3 thị phần doanh thu của thị trường siêu tụ điện trong thập kỷ tới. Bất chấp tương lai được tôn vinh của siêu tụ điện trong ngành công nghiệp ô tô thời đại mới, các ngành điện tử tiêu dùng và năng lượng & năng lượng có thể sẽ chiếm thị phần lớn trong sự phát triển của thị trường siêu tụ điện.
Siêu tụ điện được coi là phôi của bất kỳ sản phẩm điện tử nào hoạt động trên pin hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng. Trong những năm tới, siêu tụ điện có khả năng chứng kiến sự chấp nhận phổ biến trong các ngành dọc khác nhau. Tương lai của thị trường siêu tụ điện có thể sẽ chứng kiến sự xuất hiện của các EC sẽ cung cấp năng lượng cho tương lai của các thiết bị đeo hiện đại và các sản phẩm điện tử tiêu dùng. Siêu tụ điện mặt trời cũng là một thứ trong tương lai, dự kiến sẽ có tiềm năng bán hàng lớn trong bối cảnh cảm biến đeo được, đặc biệt là trong các thiết bị sức khỏe đeo được.
Các hoạt động nghiên cứu đang diễn ra và sự phát triển trong ngành công nghiệp điện tử công suất tiếp tục cho thấy siêu tụ điện sẽ thay thế pin trong tương lai gần. Với các ứng dụng ngày càng tăng của siêu tụ điện trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như điện tử, năng lượng và điện, quân sự và quốc phòng và hàng không vũ trụ, thị trường siêu tụ điện toàn cầu dự kiến sẽ vượt qua 5,5 tỷ đô la Mỹ vào năm 2028. Tốc độ tăng trưởng theo cấp số nhân của thị trường siêu tụ điện là dự kiến sẽ tạo ra các cơ hội sinh lợi cho các nhà nghiên cứu, nhà sản xuất và các bên liên quan khác trong lĩnh vực này.
Aditi Yadwadkar là một nhà văn nghiên cứu thị trường giàu kinh nghiệm và đã viết nhiều về ngành Điện tử và Chất bán dẫn. Tại Future Market Insights (FMI), cô làm việc chặt chẽ với nhóm nghiên cứu Điện tử và Chất bán dẫn để phục vụ nhu cầu của khách hàng trên toàn cầu. Những thông tin chi tiết này dựa trên báo cáo về Thị trường siêu tụ điện của FMI.