US-amerikanischer Superkondensatormarkt nach Produkttyp (Doppelschichtkondensator, Pseudokondensatoren, Hybridkondensatoren), Modultyp (Module unter 10 Volt, Module von 10 Volt bis 25 Volt, Module von 25 Volt bis 50 Volt, Module von 50 Volt bis 100 Volt und Module über 100 Volt), Material (Aktivkohle, Karbid-abgeleiteter Kohlenstoff, Kohlenstoff-Aerogel und andere) und Anwendung (Automobil, Indust

Der US-Markt für Superkondensatoren wird im Prognosezeitraum voraussichtlich gut wachsen. Die steigende Nachfrage nach erneuerbaren Energielösungen und die zunehmende Installation erneuerbarer Energieerzeugung werden den Markt ankurbeln. Ein Superkondensator (SC), auch als Ultrakondensator bekannt, ist ein Kondensator mit hoher Kapazität, geringeren Spannungsbeschränkungen und einem viel höheren Kapazitätswert als gewöhnliche Kondensatoren. Er schließt die Lücke zwischen Elektrolytkondensatoren und wiederaufladbaren Batterien. Er hat eine 10- bis 100-mal höhere Energiespeicherkapazität als Elektrolytkondensatoren pro Volumen- oder Masseneinheit, kann Ladung viel schneller aufnehmen und verteilen als Batterien und hält viel mehr Lade- und Entladezyklen aus als wiederaufladbare Batterien. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kondensatoren, die elektrische Energie zwischen zwei parallelen Platten durch Ladungstrennung unter dem Einfluss eines elektrischen Felds speichern, speichern Superkondensatoren elektrische Energie in einer elektrischen Doppelschicht zwischen Elektroden- und Elektrolytschnittstellen durch die Adsorption entgegengesetzt geladener Ionen, die von den Elektroden- und Elektrolytschnittstellen angezogen werden, durch die Adsorption entgegengesetzt geladener Ionen, die sich innerhalb eines Angström (A) Abstands von der Schnittstelle befinden. Grundmaterialien, die für die Herstellung solcher Elektroden in Betracht gezogen werden, haben extrem große Oberflächen (1500–3000 m2/g), was die Möglichkeit eröffnet, höhere spezifische Kapazitätswerte (1–1000 F) sowie eine hohe spezifische Leistung zu erreichen.

Steigende Nachfrage nach Lösungen für erneuerbare Energien treibt Marktwachstum voran

Das Laden und Entladen von Superkondensatoren ist für den Dauerbetrieb sowie für die Aufrechterhaltung von Spitzenlasten und Notstromversorgung von entscheidender Bedeutung. Dazu gehören batteriebetriebene Industriegeräte wie intelligente Zähler, Rauchmelder, Videotürklingeln und medizinische Geräte. Mehrere Anbieter führen neue Produkte ein, um dies zu unterstützen. So hat Texas Instruments (TI) im November 2021 kürzlich einen neuen bidirektionalen Abwärts-/Aufwärtswandler mit 60 nA Ruhestrom (IQ) vorgestellt. Ingenieure können die Batterielebensdauer um bis zu 20 % erhöhen, indem sie den Abwärts-/Aufwärtswandler TPS61094 anstelle der routinemäßig verwendeten Hybridschichtkondensatoren (HLCs) verwenden, die auch einen ultraniedrigen IQ bieten und über einen Abwärtsmodus zum Laden von Superkondensatoren verfügen.

Basierend auf der aktuellen Superkondensatortechnologie wird weiter an der Entwicklung kostengünstiger und kreativer Lösungen geforscht. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, die Kosten für die Herstellung kohlenstoffbasierter Elektroden und die Abhängigkeit von wesentlichen Komponenten zu senken und gleichzeitig eine kostengünstigere und umweltfreundlichere Alternative zu den aktuellen Versionen bereitzustellen. So haben Wissenschaftler des Imperial College London und des University College London (UCL) im Jahr 2021 kürzlich ein Elektrodenmaterial für Superkondensatoren entwickelt, das energiedichter und umweltfreundlicher ist und damit den Weg für eine stärkere Markteinführung der Hochleistungs-Schnellladetechnologie für Elektrofahrzeuge ebnet.

Im ganzen Land werden aufgrund der wachsenden Verantwortung, die Ressourcen der Erde zu schützen und ökologische Nachhaltigkeit zu praktizieren, mehr Solar- und Windenergieanlagen gebaut. Um die Struktur erneuerbarer Energiequellen zu stärken, hat die US-Regierung auch unterstützende Richtlinien und regulatorische Rahmenbedingungen entwickelt. So installierten die Vereinigten Staaten von Amerika im selben Jahr 29 Gigawatt erneuerbare Energie, rund 80 % mehr als 2019, darunter 15 Gigawatt Solarenergie und rund 14 Gigawatt Windenergie, wie aus einem Bericht der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) vom März 2020 hervorgeht.

Das Tempo des lokalen Marktes in den USA dürfte sich zudem durch die zunehmende Nutzung der Photovoltaiktechnologie (PV) und ehrgeizige Ziele zur Förderung des Übergangs zu kohlenstoffarmer Energie beschleunigen. Darüber hinaus haben mehrere Regierungen und Organisationen festgestellt, dass der primäre Stromerzeugungsmix des Landes im Laufe der Zeit einen erheblichen Ausbau der Photovoltaiktechnologie erfahren hat. So berichtet die Energy Information Administration (EIA) in den Vereinigten Staaten, dass die gesamte Stromerzeugung durch Photovoltaik-Technologie im Jahr 2019 etwa 9,6 % der Netto-Erneuerbaren-Ressourcen im Versorgungsmaßstab ausmachte, verglichen mit 8,5 % im Jahr 2018, was einem Anstieg von über 8,78 Millionen Megawattstunden (MWh) gegenüber dem Vorjahr entspricht. Der Markt für erneuerbare Energiesysteme wird voraussichtlich von diesen Gründen getrieben, zu denen auch die Einführung profitabler Regierungsprogramme zur Förderung einer nachhaltigen Infrastrukturentwicklung gehört.

Steigende Nachfrage nach Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen fördert Wachstum des US-amerikanischen Superkondensator-Marktes

Um die Nutzung von Brennstoffzellen-Elektroautos (FCEVs) im ganzen Land zu steigern, haben sich die USA auf Investitionen in Wasserstofffahrzeuge und Tankstellen konzentriert. Um die langfristige Einführung von FCEVs zu unterstützen, haben die Regierung und das US-Energieministerium (DoE) große Investitionen in Forschungs- und Entwicklungsinitiativen getätigt. Das US-Energieministerium hat dem Forschungs- und Entwicklungsunterprogramm für Brennstoffzellen im Jahr 2019 Mittel in Höhe von insgesamt rund 30 Millionen USD zur Verfügung gestellt, um zukünftige Kosten-, Leistungs- und Haltbarkeitsziele zu erreichen. Darüber hinaus konzentrieren sich mehrere Länder und Staaten unabhängig voneinander auf die Schaffung und Etablierung einer beträchtlichen Wasserstoff-FCEV-Flotte für private und geschäftliche Aktivitäten. Im erwarteten Zeitraum dürften diese Variablen die Produktnachfrage in den Vereinigten Staaten erhöhen.

Verlängerte Lebensdauer und hohe Energiedichte von Superkondensatoren in den USA steigern den Marktwert

Superkondensatoren sind Kondensatoren mit hoher Kapazität, die weniger spannungsbeschränkt sind und eine höhere Kapazität als normale Kondensatoren haben. Dieser Kondensator, ein neues Energiespeicherbauteil, hat einen größeren Temperaturbereich, eine höhere Strombelastbarkeit, einen höheren Wirkungsgrad, eine längere Lebensdauer, einen leicht erkennbaren Ladezustand und einen größeren Spannungsbereich. Lithium-Ionen-Batterien halten typischerweise zwischen 500 und 10.000 Ladezyklen, wohingegen Superkondensatoren zwischen 100.000 und einer Million Zyklen halten. Sie können auch in einem viel größeren Temperaturbereich als herkömmliche Batterien funktionieren – von -40 °C bis 70 °C – und bei jeder Spannung, die unter ihrer maximalen Dauerbetriebsspannung liegt. Dies könnte dazu führen, dass diese Kondensatoren für immer mehr Anwendungen eine wünschenswerte Energielösung darstellen, was den Markt voraussichtlich ankurbeln wird

Überlegung, Superkondensatoren als brauchbaren Ersatz für herkömmliche Batterien zu verwenden

Superkondensatoren können Energie schneller laden und freigeben als herkömmliche Batterien, die dieselbe Funktion viel langsamer ausführen. Diese mit Elektroden und Elektrolyt ausgestatteten Kondensatoren können über eine sehr große Anzahl von Zyklen schnell geladen und entladen werden, was sie in einer Vielzahl von Anwendungen zu einem effektiven Ersatz für herkömmliche Batterien macht. Die Nutzung emissionsarmer oder emissionsfreier Energiespeichertechnologien erfreut sich bei Verbrauchern zunehmender Beliebtheit, da Umweltfreundlichkeit an Bedeutung gewinnt.

Der Markt für alternative Energietechnologien wächst, da große Technologieunternehmen ihre Bemühungen zur Minimierung der Treibhausgasemissionen verstärken. Superkondensatoren verringern die Möglichkeit der Entstehung gefährlicher Giftmülls, da sie wiederaufladbar und recycelbar sind. Sie gelten daher als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Batterien. Superkondensatoren sind noch nicht so weit entwickelt wie traditionelle batteriebasierte Energiespeichersysteme, aber angesichts der jüngsten Entwicklungen bei Graphen-basierten Superkondensatoren könnten sie diese schon bald überholen.

Zunehmende Installation erneuerbarer Energiequellen fördert Wachstum

Im Vergleich zu Batterien und herkömmlichen Kondensatoren sind Superkondensatoren eine neue Technologie im Bereich der Energiespeichersysteme, die eine bessere Leistungs- und Energiedichte bieten kann. Diese Batterien werden aufgrund ihrer Vorteile, wie z. B. ihrer Kapazität für große Lade- und Entladeströme, ihrer extrem hohen Effizienz und ihres größeren Temperaturbereichs, eine wünschenswerte Energiequelle für die Erzeugung erneuerbarer Energie sein.

Die Renewable Portfolio Standards (RPS) wurden von der National Conference of State Legislatures (NCSL) entwickelt, um die inländische Energieerzeugung zu fördern, Energiequellen zu diversifizieren und das Wirtschaftswachstum in den Vereinigten Staaten zu fördern. Die Versorgungsunternehmen der Phase I müssen gemäß den neuen Gesetzen das Ziel für erneuerbare Energien von 14 % bis 2025, 30 % bis 2030, 65 % bis 2040 und 100 % bis 2050 erreichen. Für Versorgungsunternehmen der Phase II liegt das beschleunigte Ziel für erneuerbare Energien bei 26 % bis 2025, 41 % bis 2030 und 100 % bis 2045. Infolge dieser Regierungsgesetze wird erwartet, dass sich der Markt für erneuerbare Energien während des gesamten Prognosezeitraums entwickeln wird.

Jüngste Entwicklung

• Kyocera AXA stellte im August 2022 eine Reihe von Superkondensatoren im Beutelstil vor, um Stromspitzen bei Batterien zu reduzieren. Diese Kondensatoren können unabhängig als Notstromversorgungsgeräte für Systeme verwendet werden, manchmal anstelle von Batterien, oder sie können in Verbindung mit Primär- oder Sekundärbatterien verwendet werden.
• Im Mai 2022 wurde ein Joint Venture zwischen CAP-XX Limited und Iconic Industries gegründet. Dieses Unternehmen ist für die Vermarktung von reduziertem Graphenoxid (rGO) verantwortlich, das in Superkondensatoren und anderen Energiespeichergeräten verwendet wird. Im Auftrag des Joint Ventures würde CAP-XX rGO nutzen, um Superkondensatoren und andere Energiespeichergeräte unter dem Namen CAP-XX herzustellen und zu vermarkten.
• Superkondensatoren und Sensoren werden in den neuesten Straßenbahnen verwendet und im Februar 2021 wurden PK TS Vityaz-Straßenbahnen ausgeliefert. Als neueste Straßenbahnen der Serie würden die Superkondensatoren dieser Straßenbahnen zur Energieeinsparung und zur Senkung des Strombedarfs beitragen.

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Marktsegmentierung

Der US-amerikanische Superkondensatormarkt ist in Produkttyp, Modultyp, Service, Material und Anwendung unterteilt. Basierend auf dem Produkttyp ist der Markt in Doppelschichtkondensatoren, Pseudokondensatoren und Hybridkondensatoren unterteilt. Basierend auf dem Modultyp ist der Markt in Module unter 10 Volt, Module von 10 Volt bis 25 Volt, Module von 25 Volt bis 50 Volt, Module von 50 Volt bis 100 Volt und Module über 100 Volt unterteilt. Basierend auf dem Material ist der Markt in Aktivkohle, Karbid-abgeleitete Kohle, Kohlenstoff-Aerogel und Sonstige unterteilt. Basierend auf der Anwendung ist der Markt in Automobil, Industrie, Energie, Unterhaltungselektronik sowie Luft- und Raumfahrt & Verteidigung unterteilt.

Marktteilnehmer

Wichtige Marktteilnehmer auf dem US-amerikanischen Superkondensatormarkt sind Eaton Corporation plc, Maxwell Technologies Inc., TOKIN Corporation, Panasonic Corporation of North America, Loxus Inc., AVX Corporation, ADA TECHNOLOGIES und Tesla, Inc.