近年來，隨著環(huán)保意識(shí)的逐漸提高以及能源危機(jī)的不斷突顯，新能源材料逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。新能源材料是指能夠用于制造太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電動(dòng)汽車等新能源領(lǐng)域的材料。這些材料不僅能夠提高能源的利用效率，還能夠減少對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)現(xiàn)在的社會(huì)和未來的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

01光伏發(fā)電材料行業(yè)

光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈從上游到下游，主要包括的產(chǎn)業(yè)鏈條包括多晶硅、硅片、電池片以及電池組件。在產(chǎn)業(yè)鏈中，從多晶硅到電池組件，生產(chǎn)的技術(shù)門檻越來越低，相應(yīng)地，公司數(shù)量分布也越來越多。

光伏材料中可做太陽電池材料的材料有單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空間的有單晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生產(chǎn)的有單晶硅、多晶硅、非晶硅，其他尚處于開發(fā)階段。

雖然光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成材料各異，但所有的組件都包括若干層從向光面到背光面的材料。光伏原材料的最上游是硅礦，從硅礦到金屬硅再到多晶硅幾個(gè)環(huán)節(jié)共同構(gòu)成光伏產(chǎn)業(yè)鏈最上游的環(huán)節(jié)。

02光熱發(fā)電材料

光熱發(fā)電憑借其自帶儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)迎來新一波發(fā)展熱潮， 光熱電站保溫范圍廣，對(duì)保溫材料質(zhì)量要求高。在當(dāng)下主流的塔式和槽式光熱項(xiàng)目中，保溫材料主要應(yīng)用于其聚光集熱系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、儲(chǔ)熱裝置和汽輪發(fā)電裝置四部分。目前光熱發(fā)電系統(tǒng)中使用的保溫材料主要包括陶瓷纖維制品、巖棉保溫氈、硅酸鋁板、硅酸鎂板、氣凝膠等。

陶瓷纖維有望成為光熱電站的首選保溫材料，充分受益于光熱發(fā)電行業(yè)的成長。

03風(fēng)力發(fā)電材料

風(fēng)電葉片存在大型化、輕量化趨勢(shì)。大型化、輕量化發(fā)展趨勢(shì)助推葉片材料升級(jí)。由于大尺寸葉片需要減重，碳纖維等重量 更輕、強(qiáng)度更高材料在風(fēng)電葉片中的滲透率也在持續(xù)提升。

風(fēng)電葉片主要原料包括樹脂基體材料、增強(qiáng)材料、夾芯材料以及結(jié)構(gòu)膠等。根據(jù)《復(fù)合材料在大型風(fēng)電葉片上的應(yīng)用與發(fā)展》，原材料費(fèi)用占風(fēng)電葉片總成本的 75%，在原材料成本中占比較大的主要是基體材料、增強(qiáng)材料和夾芯材料。其中樹脂基體材料在風(fēng)電葉片原材料成本中占比 33%，夾芯材料占比 25%，增強(qiáng)材料占比 21%。

玻璃纖維和碳纖維是目前風(fēng)電葉片主要使用的增強(qiáng)材料：

（1）玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的新型無機(jī)非金屬材料，絕緣性好，機(jī)械強(qiáng)度高，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕等特性，是目前使用最廣泛的增強(qiáng)材料。

（2）碳纖維是一種絲狀碳素材料，被稱為材料領(lǐng)域的“黑色黃金”，是具有多種優(yōu)異性能并擁有廣泛應(yīng)用前景的基礎(chǔ)性新材料。高比強(qiáng)度、高比模量、低比重的性能特點(diǎn)使得以碳纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料具有出色的增強(qiáng)、減重效果。另外耐腐蝕、耐高溫、低膨脹系數(shù)、導(dǎo)電等良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和電性能特點(diǎn)使得碳纖維可以在諸如高壓、高溫、高濕、高寒、高腐蝕等惡劣工況環(huán)境中使用。

04電化學(xué)儲(chǔ)能及動(dòng)力電池材料

電池產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游原材料、中游電芯模組廠商和下游應(yīng)用領(lǐng)域。上游原材料分為基礎(chǔ)原材料（包括各種金屬和非金屬原材料）和電池原材料（包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液等）。中游是電芯模組廠商，使用上游材料生產(chǎn)不同規(guī)格、容量的鋰離子電芯產(chǎn)品。下游應(yīng)用包括動(dòng)力領(lǐng)域、消費(fèi)電子產(chǎn)品和儲(chǔ)能領(lǐng)域等。

正極材料

在動(dòng)力電池領(lǐng)域，三元材料和磷酸鐵鋰是目前常用的正極材料，它們的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)差異，導(dǎo)致了電池性能差別和不同的應(yīng)用領(lǐng)域。

鐵鋰和三元材料各具優(yōu)勢(shì)，在不同應(yīng)用場(chǎng)景中被廣泛使用。磷酸鐵鋰的低成本、高安全和長壽命，使其適用于對(duì)能量密度要求較低但安全和壽命要求較高的場(chǎng)景，如商用車和儲(chǔ)能領(lǐng)域。近年來，隨著電池成組技術(shù)的提高，磷酸鐵鋰能量密度的不足得到改善，且成本和安全優(yōu)勢(shì)使其在乘用車領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。三元材料的高比能優(yōu)勢(shì)，適用于需要高能量密度和客戶體驗(yàn)的場(chǎng)景，如乘用車領(lǐng)域。根據(jù)鎳含量不同，三元材料又分為低鎳、中鎳和高鎳三個(gè)品類，隨著鎳含量的提升，能量密度顯著提升。高鎳三元主要應(yīng)用于長續(xù)航的高端新能源乘用車，如特斯拉Model 3長續(xù)航版、蔚來ES6、小鵬P7等，而中鎳三元主要應(yīng)用于中低端新能源乘用車。

隨著新能源汽車市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型，我國動(dòng)力電池裝機(jī)量穩(wěn)步上升，同時(shí)動(dòng)力電池的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)階段。第一階段（2016-2019年）實(shí)行高能量密度傾斜的政策，三元材料因高比能表現(xiàn)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位；第二階段（2020年至今）政策退坡，磷酸鐵鋰電池憑借性價(jià)比優(yōu)勢(shì)開始逆襲，2021年7月正式反超三元材料。磷酸鐵鋰逆襲的原因包括三個(gè)方面：政策方面, 補(bǔ)貼退坡帶動(dòng)成本壓力增大，磷酸鐵鋰電池以低成本獲得明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)；新國標(biāo)安全要求加碼，磷酸鐵鋰的天然安全優(yōu)勢(shì)愈發(fā)凸顯；供給方面，新型成組技術(shù)帶動(dòng)磷酸鐵鋰能量密度提升并拉動(dòng)出貨量增長；需求方面則由車型需求帶動(dòng)磷酸鐵鋰電池出貨量爆發(fā)式增長，比如比亞迪漢EV、鐵鋰版Model 3/Y以及宏光Mini EV等。

磷酸錳鐵鋰是磷酸鐵鋰的升級(jí)方向，在短期內(nèi)尚不適于作為正極材料主材。磷酸錳鐵鋰是磷酸鐵鋰和磷酸錳鋰的結(jié)合物，繼承了磷酸鐵鋰的高安全性和穩(wěn)定性。雖然磷酸錳鐵鋰的理論容量與磷酸鐵鋰相同，但它相對(duì)于Li/Li+的電極電勢(shì)更高，達(dá)到4.1 V，遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰的3.4 V。同時(shí)它能在有機(jī)電解液體系的穩(wěn)定電化學(xué)窗口以內(nèi)工作，從而使得它的能量密度可提高約10~15%，這也是相對(duì)于磷酸鐵鋰的最大優(yōu)勢(shì)。不過，磷酸錳鐵鋰的電導(dǎo)率較低，而錳元素會(huì)溶出導(dǎo)致充放電能力差、循環(huán)壽命差等問題，因此短期內(nèi)作為正極主材還不可見。盡管磷酸鐵鋰的市場(chǎng)占比已有所回暖，但在乘用車領(lǐng)域，高鎳三元仍是主流。目前，市場(chǎng)份額最大的NCM523呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)，低鎳三元市場(chǎng)份額逐年被壓縮。相反，高鎳NCM811占比持續(xù)增加。同時(shí)，部分企業(yè)在9系高鎳、NCMA甚至無鈷高鎳等領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，但它們?nèi)詫儆谠诟哝圀w系內(nèi)的迭代。對(duì)于NCA，由于技術(shù)壁壘較高，國內(nèi)企業(yè)在市場(chǎng)份額上占據(jù)較小的份額。

預(yù)計(jì)未來兩年，磷酸鐵鋰的市場(chǎng)份額將繼續(xù)回暖，占比預(yù)計(jì)穩(wěn)定在50%~60%間，但在整個(gè)動(dòng)力電池市場(chǎng)，特別是乘用車領(lǐng)域，高鎳三元仍將占據(jù)重要地位。低鎳三元將逐步淘汰，中鎳三元市場(chǎng)份額將進(jìn)一步減少，而高鎳三元份額有望繼續(xù)增長。預(yù)計(jì)未來，三元和磷酸鐵鋰將長時(shí)間共存。磷酸鐵鋰將利用其性價(jià)比和安全優(yōu)勢(shì)在儲(chǔ)能、商用車和中低續(xù)航乘用車市場(chǎng)占據(jù)一席之地，而高鎳三元?jiǎng)t將憑借其高能量密度優(yōu)勢(shì)擴(kuò)大在中高續(xù)航乘用車市場(chǎng)中的份額。在新能源車市場(chǎng)，高中低端乘用車對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的敏感度不同，將實(shí)現(xiàn)分級(jí)消費(fèi)。高續(xù)航版（≥600km）搭載高鎳三元；中續(xù)航版（400＜x＜600km）搭載中鎳三元；入門級(jí)/低續(xù)航版（≤500km）搭載磷酸鐵鋰。但是，由于車型定位、動(dòng)力性能、快充性能和風(fēng)阻系數(shù)等因素的差異，各種車型之間的動(dòng)力電池選擇差異還是存在的。

05儲(chǔ)氫材料

氫能源是我國新能源戰(zhàn)略當(dāng)中非常關(guān)鍵的一部分，簡單來講，電網(wǎng)所及，大部分是動(dòng)力電池的陣地，但是在電網(wǎng)覆蓋不了的地方，例如江河湖海，高山戈壁，寒冷地帶，未來皆是氫燃料電池的天下。

氫是地球上能量密度最高的燃料，燃燒熱值為每克142千焦，是天然氣和汽油的2倍多，是酒精的5倍多。氫能以其自然儲(chǔ)量豐富、清潔無毒、發(fā)熱值高和可循環(huán)性好而成為各國能源發(fā)展的重要組成部分，也成為全球應(yīng)對(duì)氣候變化的重要途徑和能源變革的重要方向。

氫氣作為氫能的主要載體，其生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸及應(yīng)用技術(shù)及設(shè)備的開發(fā)是推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。然而氫氣的高效存儲(chǔ)一直受制于氫氣低密度、高活性的物理化學(xué)特性限制而難以實(shí)現(xiàn)，因此，氫的 “儲(chǔ)存和運(yùn)輸” 是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的瓶頸問題。

在儲(chǔ)氫實(shí)際應(yīng)用中，安全和高密度儲(chǔ)存是最重要的問題，其次為經(jīng)濟(jì)性和便利性。固態(tài)儲(chǔ)氫具有最接近解決這些問題的特性，因此可提供重要的解決方案，原因在于：第一，它具有最高的體積儲(chǔ)氫密度。以MgH2為例，其體積儲(chǔ)氫密度可達(dá)110kg·m-3，是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氣密度的1191倍、70MPa高壓儲(chǔ)氫的2.75倍、液氫的1.55倍。第二，它有很好的儲(chǔ)氫安全性。儲(chǔ)氫罐易密封，可在常溫常壓下儲(chǔ)存氫氣。在突發(fā)事件下，即使發(fā)生氫氣泄漏，儲(chǔ)罐也能自控式地降低氫氣泄漏速度和泄漏量，從而為采取安全措施贏得寶貴時(shí)間。固態(tài)儲(chǔ)氫本質(zhì)上是儲(chǔ)氫首要問題的最佳解決方案之一，可為氫能的高密度和高安全儲(chǔ)運(yùn)提供有力支持。

合金儲(chǔ)氫材料

金屬氫化物儲(chǔ)氫材料已被廣泛應(yīng)用，包括稀土系（如如LaNi5）、Ti-Zr-Mn系、鈦鐵系（如TiFe）、鎂系和鈦/鋯系等儲(chǔ)氫合金。這些材料能有效克服高壓氣態(tài)和低溫液態(tài)兩種儲(chǔ)氫方式的不足，擁有大的體積儲(chǔ)氫密度、易操作、運(yùn)輸方便、低成本、高安全性等特點(diǎn)，特別適用于體積要求嚴(yán)格苛刻的氫氣應(yīng)用場(chǎng)所。

目前，稀土系儲(chǔ)氫材料的生產(chǎn)工藝最為成熟，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也最大，因此是實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)手段之一。

固態(tài)儲(chǔ)氫整體雖然處于研發(fā)示范的早期階段，但在近年已有大巴車、卡車、冷藏車、備用電源等實(shí)現(xiàn)以固態(tài)儲(chǔ)氫為能源供應(yīng)，2022年，固態(tài)儲(chǔ)氫項(xiàng)目已超過兩位數(shù)。

06氫燃料電池材料

氫能源燃料電池的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極，所以是非常清潔的能源，有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，更多的專利被申請(qǐng)，氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)將逐步在市場(chǎng)贏得一席之地。

氫燃料電池與常見的鋰電池不同，系統(tǒng)更為復(fù)雜，主要由電堆和系統(tǒng)部件（空壓機(jī)、增濕器、氫循環(huán)泵、氫瓶）組成。電堆是整個(gè)電池系統(tǒng)的核心，是電池單體以串聯(lián)方式層疊組合而成。電池單體則是由膜電極、雙極板以及外殼組合而成。近年來，氫燃料電池新材料研究集中在膜電極和雙極板方面，氫燃料電池材料體系及部分相關(guān)前沿研究如下圖所示。

膜電極（MEA）組件

膜電極是氫燃料電池系統(tǒng)的核心組件，通常由陰極擴(kuò)散層、陰極催化劑層、電解質(zhì)膜、陽極催化劑層和陽極氣擴(kuò)散層組成，直接決定了氫燃料電池的功率密度、耐久性和使用壽命。

?質(zhì)子交換膜（PEM）

質(zhì)子交換膜的材料需要滿足起到質(zhì)子傳導(dǎo)和阻隔燃料的要求，一般是能夠傳導(dǎo)質(zhì)子的聚合物。PEM作為氫燃料電池核心部件，其質(zhì)量好壞直接影響電池的使用壽命。

?催化劑

在氫燃料電池的電堆中，電極上氫的氧化反應(yīng)和氧的還原反應(yīng)過程主要受催化劑控制。催化劑是影響氫燃料電池活化極化的主要因素，被視為氫燃料電池的關(guān)鍵材料，決定著氫燃料電池汽車的整車性能和使用經(jīng)濟(jì)性。

?氣體擴(kuò)散層（GDL）

氣體擴(kuò)散層起到將反應(yīng)氣體傳遞到催化層，同時(shí)將生成的水排出的作用。反應(yīng)氣體的傳質(zhì)和水排出直接影響著膜電極的性能，因?yàn)椴涣嫉膫髻|(zhì)容易造成膜電極饑餓或者水淹現(xiàn)象。GDL通常是由碳纖維編織紙或碳纖維無紡紙制成，碳紙的基材來源于碳纖維，把碳纖維做成碳紙才是核心的難點(diǎn)所在。

雙極板（BPs）

按照雙極板類型不同，燃料電池電堆可分為石墨板電堆和金屬板電堆還有復(fù)合雙極板。石墨板電堆的優(yōu)勢(shì)在于耐腐蝕，壽命長，金屬板電堆的主要優(yōu)點(diǎn)在于功率密度高，因此，目前市面上的大功率電堆以金屬板電堆為主，主要應(yīng)用于乘用車，中小功率電堆以石墨板電堆為主，主要面向于商用車。

?石墨雙極板

石墨材料最早被利用來制造雙極板，包括人造石墨和天然石墨兩種。石墨在燃料電池工作環(huán)境下具有優(yōu)異的耐蝕性、高化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的導(dǎo)電性，同時(shí)對(duì)催化劑和膜不產(chǎn)生污染。這些優(yōu)點(diǎn)使石墨材料成為一種很好的制造雙極板的原料，其流道一般采用機(jī)加工方式生產(chǎn)。但石墨本質(zhì)上具有較低的彎曲強(qiáng)度，并且容易發(fā)生斷裂，同時(shí)容易產(chǎn)生缺陷，造成石墨板漏氣。所以機(jī)加工的石墨板需要通過后處理過程如浸漬樹脂來防止氣體滲透。因此，成本高、機(jī)械性能和工藝性差對(duì)石墨板而言是主要的技術(shù)瓶頸。盡管如此，石墨雙極板仍然是目前燃料電池市場(chǎng)的主流，在燃料電池公交車和物流車上廣泛使用

?金屬雙極板

金屬雙極板具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、機(jī)械加工性、致密性，同時(shí)具備強(qiáng)度高、阻氣性好等優(yōu)勢(shì)，可以為乘用車提供良好的動(dòng)力密度、低溫（-40℃）啟動(dòng)保障，并且適合大批量低成本生產(chǎn)。

?復(fù)合雙極板

基質(zhì)材料的不同，極板復(fù)合材料可主要包括碳/碳復(fù)合材料（確切來講，碳/石墨）、金屬/碳復(fù)合材料、熱塑性石墨復(fù)合材料和熱固性石墨復(fù)合材料。其主要挑戰(zhàn)是如何在導(dǎo)電性和機(jī)械性能之間獲得最佳的平衡。這主要受填料和基質(zhì)的比例影響。至于導(dǎo)電性，則需要設(shè)計(jì)與制造合理的復(fù)合板顯示出與石墨板相當(dāng)?shù)男阅堋?

07行業(yè)機(jī)會(huì)點(diǎn)

光伏發(fā)電材料

光伏發(fā)電是綠色能源的重要組成部分，而太陽能電池板是光伏發(fā)電的核心材料。高效太陽能電池板研發(fā)及制造技術(shù)、太陽能電池板系統(tǒng)集成技術(shù)、模塊化生產(chǎn)、成本控制技術(shù)，鈣鈦礦電池的制備應(yīng)用技術(shù)等，是關(guān)注的重點(diǎn)。

光熱發(fā)電材料

光熱發(fā)電利用太陽能聚焦熱能發(fā)電，相關(guān)材料包括聚光鏡、吸收體等。機(jī)會(huì)點(diǎn)包括聚光鏡優(yōu)化設(shè)計(jì)及制造技術(shù)、吸收體的高效材料研究、熱儲(chǔ)存技術(shù)等。光熱發(fā)電對(duì)鏡面的角度變化要求很高，因此對(duì)應(yīng)的工業(yè)軟件也應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注。

風(fēng)力發(fā)電材料

風(fēng)力發(fā)電是新能源領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，葉片是其重要組成部分，其它材料還包括塔筒、輪轂、發(fā)電機(jī)、變槳機(jī)等。機(jī)會(huì)點(diǎn)包括葉片輕量化設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、新材料的應(yīng)用研究、塔筒、輪轂等部件的智能制造技術(shù)等。

動(dòng)力電池材料

動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，相關(guān)材料包括正負(fù)極材料、電解液、隔膜等。機(jī)會(huì)點(diǎn)包括新材料的研發(fā)、生產(chǎn)過程及性能優(yōu)化技術(shù)、高安全性、高耐久性、低成本電池技術(shù)、電池回收利用技術(shù)等。

儲(chǔ)氫材料

儲(chǔ)氫材料是氫能源產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)之一，其關(guān)鍵技術(shù)為氫的高效儲(chǔ)存和釋放。機(jī)會(huì)點(diǎn)包括新型高吸附材料研發(fā)、技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化、氣態(tài)和液態(tài)儲(chǔ)氫材料的生產(chǎn)和利用、儲(chǔ)氫系統(tǒng)的集成和優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

氫燃料電池材料

氫燃料電池是一種全新的清潔能源，其關(guān)鍵科技為制備高效的催化劑。機(jī)會(huì)點(diǎn)包括新型催化劑材料研發(fā)、制備技術(shù)改進(jìn)、生產(chǎn)工藝智能化等。

總的來說，新能源材料產(chǎn)業(yè)具有廣闊的市場(chǎng)前景，需要不斷研發(fā)創(chuàng)新和技術(shù)提升，以滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。同時(shí)，也需要在技術(shù)應(yīng)用、成本控制、市場(chǎng)拓展等方面綜合考慮，以保證新能源材料產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

來源：玻纖情報(bào)網(wǎng)