【民生证券】高温超导技术梳理及未来应用展望-韭研公社

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【民生证券】高温超导技术梳理及未来应用展望

伊震峰

只买龙头的龙头选手

2023-08-01 22:11:55

超导材料具备零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应性质。
超导现象是物质的电阻在某一低温下变为零的现象，最早于 1911 年由荷兰科学家昂内斯发现。超导具有 3 个临界值，即临界温度 Tc、临界电流 Ic 和临界磁场 Hc。三者之间相互制约并形成临界值曲面，只有当温度、电流和磁场在临界值曲面上或内部时，物质才会进入超导态，拥有零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应等特性。
低温超导是指在非常低的温度下（通常是液氦沸点以下，即-269°C），超导材料表现出零电阻的现象，低温超导材料主要有 NbTi 和 Nb3Sn 材料等。
高温超导是指在较高的温度下（通常是液氮沸点以下，即-196°C），超导材料表现出零电阻的现象，高温超导材料主要有 Bi-Sr-Ca-Cu-O（BSCCO）和 Y-Ba-Cu-O（YBCO）材料、MgB2 超导材料、铁基超导材料等。

高温超导具有使用成本低、应用限制少两大优势。
高温超导材料的工作温度更高，可以使用更便宜、更容易获得的冷却剂，因此具有更广泛的应用前景。这些材料不仅比早期的超导材料工作温度高很多，而且在常压下也能实现超导。目前高温超导的代表性材料主要是 BSCCO 和 ReBCO，其临界温度都在液氮温区（77 K）以上。BSCCO 超导带材的研发和产业化进程早于 ReBCO, 因此被称为第一代高温超导带材，后者被称为第二代高温超导带材。相比于低温超导，高温超导可以工作在更高的温区，有更高的热惯性，因此鲁棒性更强，可以将其应用在更为复杂恶劣的环境中，这拓展了超导技术的应用范围。此外铁基超导体具备良好的金属性、高 Tc、极高的上临界磁场、较小的各向异性、且可采用低成本 PIT 法制备；MgB2 超导体结构简单，制备成本低，可承载电流高，各向异性也比 Bi 系和 Y 系小得多，相关长度较大，不需要高度织构，可采用低成本的 PIT 工艺制备。

高温超导应用领域广泛，市场潜力较大。
超导在实际应用中，超导体会被制成线材或带材使用。第二代(2G HTS) 稀土系线材采用外延法生长超导薄膜制备，工艺较复杂，但银的用量少成本低，且具有更高的载流能力和良好的机械性能，在磁场中特性几乎不变，电流密度高，交流损耗小，是实用的高温超导线材中性能最高、商业化前景最好的材料。目前，在第二代高温超导线材的研究和应用上持续投入大量时间和经费，并将其作为下一代能源、交通和医疗等领域的关键支撑技术。其重点应用包括感应加热、磁约束可控核聚变、超导储能、超导电缆、核磁共振成像、超导磁悬浮、超导电机、粒子加速器等。如高温超导感应加热与传统交流感应加热比较具备效率高、加热质量高、可加热各种有色金属材料、安装维护简单便捷等优势；超导磁储能系统将电磁能存储在超导储能线圈中，具有反应速度快、转换效率高、快速进行功率补偿等优点，在提高电能品质、改善供电可靠性及提高大电网的动态稳定性方面具有重要价值；高温超导电缆因采用了无电阻、高流通密度的超导材料作为导电体，能够进行大容量输电同时降低损耗等。

投资建议：建议关注高温超导产业链公司：永鼎股份/联创光电/国光电气等。

风险提示：1）高温超导带材规模化及降本不及预期风险；2）高温超导商业化应用进展不及预期。

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