2024年石墨烯市场概况 ——掀开未来材料的面纱
时间: 2024-12-09 21:21:14 | 作者: 粗粉加工设备
产品特点
石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，其碳原子呈现出独特的六边形蜂窝状结构。这种材料不仅是已知最薄的材料，只有一个原子厚度，同时也展现出极高的强度，比钢还要坚韧却极其轻质。由于这种独特的结构，石墨烯在物理和化学性能上表现出许多其他材料很难来做比较的优势。
在导电性方面，石墨烯的电子迁移率极高，使其成为一种优良的导电体。这一特性使石墨烯在电子元件和传感器的应用中展现出广阔前景，比如高效的电路元件和敏锐的传感器。同时，石墨烯的导热性极佳，使其在电子设备的散热设计中也具备了独特的优势，有望用于开发新一代高效的散热器和冷却系统。
此外，石墨烯尽管极薄，但依然具有一定的透光性，这让它在光电子领域具有广泛的应用潜力，比如用于透明电极和触摸屏等设备中。石墨烯的化学稳定性同样优异，对许多化学反应拥有非常良好的耐受性，这使它成为防腐涂层和防护材料的理想选择之一。
石墨烯的应用前景被广泛看好，不仅在电子、材料科学领域展现出巨大潜力，还在能源存储（如电池和超级电容器）、医学（如药物传输和生物传感器）、以及复合材料（如增强材料强度和轻度）等诸多领域具有变革性潜力。然而，目前石墨烯的大规模生产和商业化应用仍面临一定的挑战，尤其是在成本控制、生产技术和材料一致性方面，还要进一步的技术突破。
据汇睿咨询数据，2023年全球石墨烯市场规模约为117.89亿美元，预计到2030年将达到约518.35亿美元，年均复合增长率为23.56%。这主要得益于石墨烯在电子、能源存储、复合材料、医学等多个领域的广泛应用前景。石墨烯优异的导电性、导热性和强度使其在高性能电池、超级电容器、复合材料增强剂以及生物医药领域的需求日渐增长。同时，随着生产技术的进步和成本的逐步下降，石墨烯的商业化进程正在加速，从而推动了市场的快速扩张。
资料来源：第三方资料、新闻报道、业内专家采访及汇睿咨询整理研究，2024年
2023年，中国石墨烯市场规模达到379.51亿元，主要得益于中国政府对新材料产业的持续支持和推动。自2012年以来，国务院、国家发改委、工信部等多部门陆续出台了多项政策，支持和规范石墨烯行业的发展，内容涉及石墨烯行业发展路线、石墨烯产业园的建设、石墨烯生产规模化等方面。 这些政策的实施，为石墨烯产业的发展提供了坚实的政策保障，促进了市场规模的快速增长。
石墨烯的产业链可大致分为上游原材料供应、中游生产与加工以及下游应用三个主要环节。上游主要涉及天然石墨、石油焦、天然气等碳源。这些原材料通过不同的合成方法，如化学气相沉积（CVD）、氧化还原法、机械剥离法等，形成高纯度的石墨烯材料。在这一环节，优质的原材料和先进的合成技术是确保石墨烯质量的关键。2023年全球石墨产量160万吨，其中中国石墨产量123万吨(占比76.87%)。此外,中国还是全球最大的石墨储量国，已知的天然石墨储量达7800万吨，在全球天然石墨市场中占据主导地位。随市场需求的增长，尤其是在新能源汽车和储能领域，预计中国的天然石墨产量还将继续扩大，以满足日渐增长的应用需求。
中游生产环节包括石墨烯材料的加工和制造。石墨烯的生产的基本工艺主要有化学气相沉积（CVD）、氧化还原法、机械剥离等不同方法，不同的工艺决定了石墨烯材料的质量和适用领域。石墨烯材料通常以粉体、薄膜或溶液形式存在，经过进一步处理可以适用于各类高端工业和消费应用。近年来，随着生产的基本工艺的一直在改进，生产所带来的成本会降低，批量化生产能力也逐渐提升。
在下游应用方面，石墨烯因其优异的导电性、导热性和强度，在电子科技类产品、新能源、复合材料等领域大范围的应用。例如，石墨烯能够适用于制造高性能电池、超级电容器和柔性屏幕；在新能源和储能领域，石墨烯材料的应用有助于提高电池的单位体积内的包含的能量和常规使用的寿命；在复合材料中，石墨烯则能大幅度的提高材料的强度和耐磨性。随着更多创新性应用的出现，石墨烯在多个行业的未来市场发展的潜力被广泛看好。
石墨烯产业链未来的发展的新趋势在于技术的进一步创新和商业化的加速。产量的提升和成本的降低将推动石墨烯在更广泛应用中的普及。然而，当前产业链仍面临一些挑战，如生产一致性、材料性能的提升，以及环保法规的日益严格等。为应对这些挑战，政府的政策支持、企业的技术投入和行业标准的建立将成为重要的条件，推动整个石墨烯产业链的健康发展。
汇睿咨询的报告数据显示，全球石墨烯制造商大多分布在在美国、欧洲（尤其是英国和西班牙）、中国、韩国和日本等国家和地区，各地市场布局和重点应用有所不同。
美国是石墨烯技术的前沿之一，主要制造商包括XG Sciences、CVD Equipment Corporation、Angstron Materials等公司，这一些企业在石墨烯的创新性应用和技术开发上投入了大量资源，特别是在高端电子和能源存储应用方面取得显著进展。欧洲的英国和西班牙拥有Versarien和Graphenea等知名公司，这一些企业与高校和科研机构紧密合作，专注于开发应用于医疗、能源和复合材料领域的高品质石墨烯产品。韩国和日本则以大企业为主导，三星和Nippon Steel在石墨烯的商业化和产业链拓展上表现活跃，重点在半导体、柔性显示屏和智能设备领域应用石墨烯材料。
中国的石墨烯市场之间的竞争格局形成了几个梯队。第一梯队的公司包括贝特瑞、方大炭素、碳元科技等大规模的公司，这一些企业在研发技术和规模生产上具有非常明显优势，覆盖了国内外的广泛市场。第二梯队包括常州第六元素、二维碳素和宁波墨西等公司，这一些企业在技术创新上具有一定优势，并受益于政策和市场需求的双重推动，在石墨烯的应用和推广中取得了一定市场占有率。第三梯队则由众多中小型企业组成，它们的市场占有率较低，但在特定的细分市场，如导电材料和防腐涂料方面，具有独特优势。
在区域分布上，中国的石墨烯产业大多分布在在华东地区，山东、安徽、江苏等省份是石墨烯企业的聚集地。山东省拥有丰富的石墨资源，形成了以资源整合为特色的石墨烯产业链；江苏和安徽则通过建立完善的研发体系和生产链条，在国内外市场中占据一定的地位。
尽管石墨烯未来市场发展的潜力广阔，但面临着高成本、技术壁垒和推广难度等挑战。目前石墨烯的低成本规模化生产尚未完全实现，导致应用成本比较高，限制了其市场普及。此外，行业任旧存在高额的技术和资金壁垒，要进一步创新以扩大市场接受度。然而，随技术的慢慢的提升，特别是在新能源和电子领域，石墨烯的市场需求有望持续增长，政策支持和市场推广也将逐步推动行业发展。
当前，石墨烯的制备方法最重要的包含机械剥离、化学气相沉积（CVD）和氧化还原法等，分别适用于不一样的规格和质量的石墨烯生产。化学气相沉积法是目前生产高品质单层石墨烯的主要方法，但其成本高、过程复杂，因此多应用于科研和高端领域。而氧化还原法能以相比来说较低的成本批量制备多层石墨烯，适合工业应用。随着设备自动化、流程的优化及催化剂改进等技术的逐步成熟，CVD法和氧化还原法的生产所带来的成本预计将显著下降，并且生产的一致性也将提升。这些进展将使石墨烯从小规模、高成本的生产逐渐向大规模、商业化转型。
石墨烯的应用已从电子、能源存储、复合材料等传统高端市场，逐步扩展到更广泛的工业和消费领域。在电子行业，石墨烯凭借其高导电性和柔性已逐步进入柔性显示屏、透明电极、触摸屏等领域，尤其在柔性电子和可穿戴设备中的应用前景广阔。在能源领域，石墨烯在高能量密度锂电池和超级电容器中的应用日益成熟，通过提升电池容量、减少充电时间等提高性能。此外，石墨烯在航空航天、环境保护（如污水净化、空气过滤）和生物医学（如靶向药物输送、肿瘤检测）中的应用前景也在加速拓展。
石墨烯的生产所带来的成本仍然是阻碍其广泛商业化的一个重要的条件。当前，石墨烯成本过高主要是由于合成工艺复杂、设备投入大、提纯和修饰步骤耗时等问题导致的。然而，随着催化剂技术的改进（例如使用更廉价的基底材料或改进催化剂活性），以及连续生产的基本工艺的应用，未来有望明显降低石墨烯的生产所带来的成本。例如，低成本石墨烯粉体和薄膜制备技术的不停地改进革新，预计会推动石墨烯在电池、复合材料等大规模工业应用中的普及。返回搜狐，查看更加多
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