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概述
調(diào)研大綱

近年來,中國半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展勢頭迅猛,已成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不可或缺的重要力量。隨著 5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的快速發(fā)展,半導(dǎo)體市場需求持續(xù)攀升,為中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機遇。

根據(jù)研究報告數(shù)據(jù)顯示,2023 年,中國集成電路產(chǎn)量達到 3572 億塊,同比增長 1.2%,銷售額更是突破萬億元大關(guān),達到 11830 億元,同比增長 2.1%。這一增長趨勢不僅反映了中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在全球市場中的地位不斷提升,也表明其對相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的需求日益旺盛。?

工業(yè)蓄電池作為半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵儲能設(shè)備,起著至關(guān)重要的作用。在半導(dǎo)體制造過程中,對電源的穩(wěn)定性和可靠性要求極高,哪怕是短暫的電力中斷都可能導(dǎo)致生產(chǎn)線停滯,造成巨大的經(jīng)濟損失。例如,2023 年某半導(dǎo)體制造企業(yè)因電力故障導(dǎo)致生產(chǎn)線停機數(shù)小時,直接經(jīng)濟損失高達數(shù)千萬元。因此,工業(yè)蓄電池作為備用電源,能夠在市電中斷時迅速啟動,為半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng),有效保障生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

蓄電池作為一種可逆的低壓直流電源,在現(xiàn)代工業(yè)及日常生活中扮演著舉足輕重的角色。其工作原理基于化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化,主要結(jié)構(gòu)包括正負極板、隔板、電解液、殼體以及極柱等關(guān)鍵部件。在充電過程中,外部電能促使內(nèi)部活性物質(zhì)再生,將電能以化學(xué)能的形式儲存起來;而在放電時,化學(xué)能又被轉(zhuǎn)化為電能釋放出來,為各類設(shè)備提供電力支持。例如,在汽車啟動時,蓄電池迅速將儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,驅(qū)動起動機運轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)發(fā)動機的啟動。?

根據(jù)電極材料和電解液的不同,蓄電池可分為多種類型,其中常見的有鉛酸蓄電池、鋰離子電池和鎳氫電池。鉛酸蓄電池歷史悠久,技術(shù)成熟,具有成本低廉、電壓穩(wěn)定、高低溫性能良好等優(yōu)點。其電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液為硫酸溶液。在汽車啟動電源、電動自行車、通信基站等領(lǐng)域,鉛酸蓄電池得到了廣泛應(yīng)用。然而,它也存在能量密度低、重量大、循環(huán)壽命相對較短以及對環(huán)境有一定污染等缺點。例如,傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池在充放電過程中,極板上的鉛和硫酸會發(fā)生化學(xué)反應(yīng),隨著使用次數(shù)的增加,極板會逐漸硫化,導(dǎo)致電池容量下降,壽命縮短。而且,鉛酸蓄電池中的鉛和硫酸若處理不當,會對土壤和水源造成嚴重污染。?

鋰離子電池則憑借其高能量密度、長循環(huán)壽命、自放電率低等顯著優(yōu)勢,在便攜式電子設(shè)備、電動汽車以及儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域占據(jù)了重要地位。它通過鋰離子在正負極之間的移動來實現(xiàn)電荷的存儲和釋放,電極材料通常包含鋰化合物。以智能手機為例,鋰離子電池能夠在較小的體積內(nèi)儲存大量電能,為手機的長時間使用提供了可靠保障。不過,鋰離子電池也面臨著成本較高、對溫度較為敏感以及存在一定安全風(fēng)險等問題。在高溫或過充、過放等情況下,鋰離子電池可能會發(fā)生熱失控,甚至引發(fā)爆炸。?

鎳氫電池的正極材料通常是鎳氫化合物,負極是儲氫合金。它具有較高的能量密度和較好的充放電性能,環(huán)保性能相對較好,不含重金屬鎘,在數(shù)碼相機、電動工具等設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛。鎳氫電池還具有較好的耐過充和過放性能,能夠承受較大的充放電電流。但是,鎳氫電池存在自放電率較高、記憶效應(yīng)等缺點,如果不完全放電就充電,會逐漸降低電池容量,影響其使用性能。 不同類型的蓄電池在性能、成本、應(yīng)用場景等方面各有優(yōu)劣,在實際應(yīng)用中,需要根據(jù)具體需求進行合理選擇。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域,工業(yè)蓄電池發(fā)揮著不可或缺的關(guān)鍵作用,廣泛應(yīng)用于多個重要環(huán)節(jié)。在半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備方面,許多高精度的生產(chǎn)設(shè)備,如光刻機、刻蝕機等,對電源的穩(wěn)定性要求極高。哪怕是短暫的電壓波動或電力中斷,都可能導(dǎo)致設(shè)備運行異常,影響產(chǎn)品質(zhì)量,甚至造成設(shè)備損壞。工業(yè)蓄電池作為備用電源,能夠在市電出現(xiàn)故障時迅速啟動,為這些關(guān)鍵設(shè)備提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng),確保生產(chǎn)過程不受影響。例如,在某半導(dǎo)體制造企業(yè)的生產(chǎn)線上,一旦市電突然中斷,蓄電池會立即投入工作,保證光刻機等設(shè)備能夠正常完成當前的光刻步驟,避免因中途斷電而導(dǎo)致硅片報廢,從而有效降低了生產(chǎn)損失。?

不間斷電源系統(tǒng)(UPS)是工業(yè)蓄電池在半導(dǎo)體領(lǐng)域的另一個重要應(yīng)用場景。UPS 系統(tǒng)在半導(dǎo)體工廠中起著保障電力連續(xù)性的核心作用,它通過與工業(yè)蓄電池相連,在市電正常時,對蓄電池進行充電并儲存電能;當市電發(fā)生波動、瞬斷甚至中斷時,UPS 系統(tǒng)迅速切換到蓄電池供電模式,由蓄電池放電提供逆變器電能,再由逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎医涣麟?,維持負載設(shè)備的正常運行。在數(shù)據(jù)中心等對電力可靠性要求極高的場所,UPS 系統(tǒng)搭配工業(yè)蓄電池,能夠確保服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等持續(xù)運行,保證數(shù)據(jù)的安全和業(yè)務(wù)的連續(xù)性。例如,在一次區(qū)域電網(wǎng)故障中,某半導(dǎo)體企業(yè)的數(shù)據(jù)中心依靠 UPS 和工業(yè)蓄電池的配合,成功維持了所有設(shè)備的正常運行,避免了因數(shù)據(jù)丟失和業(yè)務(wù)中斷帶來的巨大損失。?

此外,在半導(dǎo)體領(lǐng)域的儲能系統(tǒng)中,工業(yè)蓄電池也發(fā)揮著重要作用。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,對能源的需求日益增長,同時,為了應(yīng)對可再生能源的間歇性和波動性,儲能系統(tǒng)變得越來越重要。工業(yè)蓄電池可以將多余的電能儲存起來,在能源需求高峰或電力供應(yīng)不足時釋放出來,實現(xiàn)能源的優(yōu)化配置和高效利用。在一些采用太陽能或風(fēng)能供電的半導(dǎo)體生產(chǎn)車間,蓄電池儲能系統(tǒng)能夠?qū)滋於嘤嗟奶柲芑蝻L(fēng)能儲存起來,在夜間或天氣不佳時為車間供電,降低對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴,減少能源成本。

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