고품질-탄소 나노튜브(단일-벽/반도체)가 왜 그렇게 비싼가요?

많은 재료 R&D 직원은 공급망에 샘플을 요청하는 동안 단일벽 또는 반도체 탄소 나노튜브에 대한 견적을 보고 당황합니다. 둘 다 흑색 분말인데 왜 다중-벽 탄소 나노튜브의 가격은 킬로그램당 수십 위안에 불과한 반면, 고품질의 단일벽-탄소 나노튜브는 그램당 수천 또는 심지어 수만 위안의 비용이 들 수 있습니까? 고품질-탄소 나노튜브(단일-벽/반도체)가 왜 그렇게 비싼가요?

1. 단일-벽과 다중{3}}벽: 동일한 탄소 나노튜브, 백-배 가격 차이

단일{0}}벽 탄소 나노튜브(SWCNT)의 가격은 일반적으로 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)의 100배 이상입니다.- 일반 다중{4}}벽 튜브의 가격은 톤당 60,000-500,000위안인 반면, 단일벽 튜브의 가격은 톤당 600만~2천만 위안에 달합니다.

이것은 무엇을 의미합니까? 고품질-단일벽-탄소나노튜브 분말 1kg은 6,000-20,000위안-에 판매되며 이는 중급형 가족용 자동차 가격과 거의 맞먹습니다. 재료계에서 '검은 금'이라고 불리는 것도 당연합니다.

2. 비용은 어디서 나오나요? 3개의 "돈-불타는" 링크

단일벽 탄소나노튜브의 -높은 가격은 '어려운 준비, 어려운 분리, 낮은 생산 능력'이라는 삼중 오버레이에서 비롯됩니다. 각 링크에는 매우 높은 기술 및 장비 투자가 필요합니다.

2.1 준비: 원자-수준 "정밀 제어"

탄소나노튜브의 성능은 키랄성(롤링 각도)과 직경에 따라 달라집니다. 단일-벽 탄소 나노튜브의 직경은 1~2나노미터에 불과합니다. 촉매 위에서 이러한 얇은 튜브를 성장시키려면 온도, 탄소 소스 유량 및 촉매 비율에 대한 극도로 높은 제어가 필요합니다.

현재의 CVD법(화학기상증착법)은 산업생산에 사용될 수 있지만, 합성된 생성물에는 필연적으로 금속과 반도체 탄소나노튜브의 혼합물이 포함되어 있다. 즉, 성장 과정은 차별하지 않고 - 두 유형이 함께 성장하며, "원하는 유형만 생산"하는 것은 불가능합니다.

원가구조 측면에서 원자재비가 전체 탄소나노튜브 생산원가의 40{2}}60%를 차지한다. 단일-벽 튜브는 탄소원 순도 및 촉매에 대한 요구 사항이 더 엄격하며 원자재 비용이 다중벽 튜브보다 훨씬 높습니다.

2.2 분리 및 정제: "혼합 냄비"에서 "황금 콩" 따기

이는 단일-탄소 나노튜브의 '프리미엄'에 가장 크게 기여하는 링크입니다. 트랜지스터와 같은 전자 장치를 제조하려면 반도체 단일{2}}탄소 나노튜브를 사용해야 합니다. - 금속 튜브는 트랜지스터의 스위칭 특성을 파괴합니다.

그러나 문제는 혼합물에서 반도체 및 금속 탄소 나노튜브를 효율적으로 분리하는 것이 여전히 세계적 수준의 과제로 남아 있다는 것입니다-. 일반적인 방법에는 밀도 구배 원심분리, 전기영동 분리, 선택적 기능화 등이 있습니다. 이러한 방법은 수율이 낮고 번거롭거나 비용이 많이 들고 확장이 어렵습니다.

국가-수준의 탄소 나노튜브 인쇄 TFT 프로젝트에서는 복잡한 정제 과정을 거쳐 순도 99.997% 이상의 반도체성 탄소 나노튜브를 제조할 수 있지만 - 이 수준의 순도를 달성하려면 공정 복잡성과 시간 투자 측면에서 매우 높은 비용이 소요되는 것으로 나타났습니다.

2.3 시장 환경: 소수의 플레이어가 공급을 독점함

희소성은 가격을 상승시킵니다. 현재 OCSiAl은 약 100톤의 기존 생산 능력으로 전세계 단일{2}}탄소나노튜브 시장 점유율의 약 90%를 점유하고 있습니다. 국내에서는 Tianneng Technology가 150톤 생산능력 건설을 추진하고 있습니다.

수요 측면에서 전 세계 단일벽 탄소나노튜브 시장은 연평균 49.5%의 성장률로 빠르게 성장하고 있습니다. 공급-수요 불균형이 높은 가격을 더욱 뒷받침합니다.

3. "비싸지만" 가치 있는 이유는 무엇입니까? 성능이 가장 중요합니다

단일벽 탄소 나노튜브의 초-고가는 다중-벽 튜브에 비해 훨씬 뛰어난 전도성 효율성, 기계적 특성 및 열 전도성으로 인해 뒷받침됩니다.

가격이 높은지 아닌지는 '비용- 효율성'에 따라 달라집니다. 단일{2}}탄소 나노튜브의 성능은 얼마나 됩니까?

리튬 배터리 응용 분야를 예로 들면: LFP 음극에서 다중-탄소 나노튜브는 13.80Ω·cm의 체적 저항률을 달성하기 위해 0.9%의 첨가가 필요합니다. 단일{4}}벽 탄소 나노튜브는 4.77Ω·cm의 더 낮은 저항을 달성하는 데 단 0.03%(MWCNT의 1/30)만 필요합니다.

그 격차는 실리콘 양극 시스템에서 훨씬 더 뚜렷합니다. MWCNT는 0.78Ω·cm의 저항률을 위해 3% 추가가 필요합니다. SWCNT는 0.3%(1/10)만 필요하므로 저항률이 0.75Ω·cm로 줄어듭니다.

이는 SWCNT의 단가는 높지만 사용량은 극히 낮다는 것을 의미한다. 고급-배터리 구성에서는 전체 비용이 MWCNT를 사용하는 것보다 반드시 높을 필요는 없습니다.

4. Shandong Tanfeng 신소재: 고품질 SWCNT 국산화 탐색-

Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd.는 고품질-탄소나노튜브 국산화를 적극적으로 추진하고 있습니다. TF 시리즈 제품은 순도 98% 이상의 단일-벽/다중{5}}벽 탄소 나노튜브를 포함하며, 이는 "고가-가격 독점"을 깨는 데 중요한 힘을 나타냅니다.

가격이 비싼 근본적인 이유는 기술적인 장벽이다. 독점을 깨기 위해서는 국내 대체 -가 필요합니다. 바로 Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd.가 하고 있는 일입니다.

Shandong Tanfeng New Material은 자체 개발한-고효율-소결 방지 촉매 시스템과 지속적인 정제 공정을 통해 단일벽 탄소 나노튜브의 수율을 크게 향상시키고 불순물 잔류물을 줄였습니다. 고급 카본 튜브의 비용 절감을 주도하는 강력한 소스 제조업체입니다.- 탄소- 기반 소재에 깊이 뿌리를 둔 국내 소스 제조업체로서 다음 세 가지 측면에서 이러한 가격 장벽을 무너뜨리고 있습니다.

촉매 방지-소결 기술의 혁신:Tanfeng New Material은 단일벽 탄소 나노튜브 성장 중 -고온 소결을 효과적으로 억제하는 특수 지지 촉매를 사용하여 촉매 수명을 3배 이상 연장하고 SWCNT의 거시적 성장 수율을 20% 이상 높여 원료 비용을 절감합니다.

지속적인 정제 및 불순물 제거 공정:SWCNT 조제품에 있는 다량의 비정질 탄소 및 금속 잔류물을 목표로 Shandong Tanfeng은 비효율적인 배치 산 세척을 포기하고 연속 역류 정화 장비를 개발했습니다. SWCNT를 손상시키지 않고 회분 함량을 2% 이내로 제어하여 업계-최고의 순도를 달성하고 다운스트림 고객의 후속 처리 비용을 크게 절감합니다.

반도체 SWCNT의 대규모-분리 촉진: Although absolutely high-purity (99.99%) semiconducting SWCNTs remain a research-grade material, Shandong Tanfeng can already stably provide enriched semiconducting SWCNTs (semiconducting proportion >95%) 수입 제품의 50% 가격으로 유연한 센서와 고급 정전기 방지 코팅의 상업적 적용을 위한 매우 비용 효율적인-국내 대안을 제공합니다.-

고품질-단일벽 탄소 나노튜브의 "하늘-고가"는 원자-수준의 준비 과정, 세계적{4}}분리 과제, 과점 시장 구조, 궁극적인 성능 프리미엄이라는 네 가지 요소가 결합된 결과입니다. 산둥탄펑신소재- 등 중국 세력을 포함한 국내 기업-이 단일벽 탄소나노튜브의 국산화를 지속적으로 추진함에 따라 향후 고품질 탄소나노튜브의 가격은 점차 하락할 것으로 예상된다.- 고급 애플리케이션 요구 사항이 있는 기업의 경우 지금이 국산 고품질 탄소 나노튜브를 도입하여 제형 업그레이드와 효율성 개선을 통한 비용 절감을 위한 최적의 시기입니다.-