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2023年7月25日,韩国科学家发表论文宣布在室温超导领域取得重大突破,成功合成了世界首个室温常压超导体——改性铅磷灰石晶体结构(LK-99)。
这一发现,意味着超导技术在室温和常压条件下就可以实现,不再需要高昂的能源消耗和复杂的高压设备,让整个科技圈又一次找回到了GPT横空出世时的激动。
近乎无尽的核聚变能源,只在科幻里出现的浮空车,比现在快上万倍的量子计算——这些技术都要依靠超导作为基础。
尽管改性铅磷灰石晶体结构(LK-99)是不是靠谱还没有盖棺定论,但人们对超导产业的热度确实高涨,长期资金市场的概念股也应声上涨,甚至被誉为人类的第四次工业革命。
当前,业内可以在一定程度上完成大规模商业化落地的超导技术,仍然以低温超导和高温超导为主。撼地数科为此梳理了超导材料产业链,拨开这个万亿级产业背后的神秘面纱。
超导材料是指在某一温度下,电阻为零且具有抗磁性的导体。一般来说,把临界温度低于40K(-233.15°C)的超导体称为低温超导体,高于40K(-233. 15°C)的超导体称为高温超导体,而把临界温度高于300K (26.85°C)左右的超导体称为室温超导。
低温超导材料具有优良的机械加工性能和成本优势,在相当长的时期内在商业化超导市场中处于主导地位,当前低温材料应用规模已占到超导材料市场的90%左右,已实现商业化的低温超导材料包括铌钛和铌锡。
低温超导材料一般都需在昂贵的液氦环境下工作,液氦制冷的方法昂贵且不方便,故低温超导体的应用长期得不到大规模的发展,更多应用于医疗、高场磁体制造、大型科学工程、先进装备制造等成本相对不敏感高精尖领域。
相较传统的低温超导,高温超导具有使用成本低、应用限制少两大优势。近年来,在带材成本下降、技术成熟度加速以及“双碳”政策驱动下,高温超导技术在超导线缆(电网)、可控核聚变、高温超导感应加热设备等下游领域展开了规模化商业应用,并且呈现加速放量趋势。
近些年,为逐步的提升超导材料行业规模,我国各部门纷纷出台了一系列政策。与此同时,各省市积极做出响应国家号召,陆续发布了一系列政策推动超导材料行业技术研究。
在专利类型方面,目前全球有3.6万项超导专利为发明专利,实用新型超导专利和外观设计型超导专利数量分别为1.5万项和182项,分别占全球超导专利申请数量的29.73%和0.35%。
从趋势上看,近几年中国超导专利申请数量始终领先。以2021年为例,中国超导专利申请量为3748项,美国、日本以及欧洲专利申请量呈现稳定态势。
据数据显示,2018年全球超导材料应用中低温超导材料占95.6%,高温超导材料处于产业化早期,预计2030年占比将提升至25%。
2022年数据分析来看,全球超导商品市场规模约为533亿元,如果室温超导落地没有到达预期,市场继续发展低温及高温超导,则预计2030年全球超导商品市场规模约为5096亿元。
反观国内,在电网领域,上海、深圳两地超导线年试点成功,并规划进一步规模化铺设;在能源领域,多个基于高温超导磁体的商业化可控核聚变项目于2022年获得数亿元融资,并于今年开始慢慢地落地;在商业设备领域,联创光电生产的高温超导感应加热设备于2020年交付首台,并于今年进入规模化批量交付阶段。
此外,高温超导技术在熔炼炉、磁控晶硅生长炉、磁储能、磁悬浮等领域的应用研发也正加速推进,随着高温超导技术取得加快速度进行发展,这将极大地促进高温超导带材的发展,整体高温超导应用市场规模将达数百亿元。
超导材料有大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)、抗磁性应用三个重要应用领域。大电流应用(强电应用)以长距离输电线、发电及储能领域为主,电子学应用(弱电应用)以超导计算机、超导天线、超导微波器件为主,抗磁性应用以磁悬浮列车和可控核聚变为主。
MRI(磁共振成像仪)。MRI是当前超导材料最主要的应用领域,但目前我国人均MRI拥有量与发达国家仍存在比较大差距,需求缺口尚存。
加速器。超导磁体和超导导线在加速器的设计中发挥着重要的作用。超导电磁铁可以产生极强的磁场,用于驱动粒子所需的快速运动。
能源输电。超导材料的使用能轻松实现高效的能源输电。由于超导电线不会产生电阻,不会损耗能量,因此它可以将电能输送到更远距离,节约耗损的能量,降低运输的成本,提高能源传输的效率。
飞行器。超导技术也能应用在飞行器的设计中。由于超导材料可以在非常低的温度下运作,可拿来制造极为轻便的飞行器和发电机,使其具有更高的速度和机动性。
磁悬浮列车。利用超导悬浮可制造无磨损轴承,将轴承转速提高到每分钟10万转以上。超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验,1987年开始,日本开始试运行,但常常会出现失效现象,出现这样一种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的。
永鼎股份:江苏永鼎股份有限公司系永鼎集团旗下核心企业,主营业务包括研制、生产和销售通信光缆、光器件、通信电缆、电力电缆、电力柜等系列新产品,提供配套工程服务。公司主要经营产品包括第二代高温超导带材及其应用设备,以及超导(通用)电气产品,可广泛应用于风电、核电、电网、交通、医疗、军事、重大科学工程等领域。
联创光电:江西联创光电科技股份有限公司主营业务为光电子器件及应用产品、电线电缆产品的研发、生产和销售,其中光电子器件广泛应用于家电智能控制、手机、平板、车载及电脑等背光源显示、照明用LED灯具、军工应用等领域;电线电缆产品广泛应用于通讯产品及相关设备、计算机网络、电子消费品、电力等领域。超导产业是公司未来重点发展的主业之一,公司作为目前全球首家兆瓦级高温超导感应加热装置生产单位,已牵头申报多项国家技术标准。
宝胜股份:宝胜科技创新股份有限公司是中国航空工业集团公司旗下的上市公司,是中国电线电缆行业国有大型控股企业。公司攻克了中低压薄壁低真空适应性脉冲电缆的技术难题,全球线强,为世界领先、中国首创的超高速低真空管道磁浮交通系统全尺寸试验线的首次超导航行试验的成功做出了贡献。
金杯电工:金杯电工股份有限公司主营业务为电线电缆产品的研发、生产和销售,产品有电磁线、电力电缆、裸导线、电气装备用电线、特种电线电缆等。公司是中部地区规模大、技术领先的电线电缆生产企业,大范围的应用于国家电网、轨道交通、建筑、石化、煤矿、船舶、公路、机械、家电、冶金、通信等行业。目前公司开展了漆包超导绕组线项目的研究,探索低温超导材料在医疗领域的创新应用。
上海超导:上海超导科技股份有限公司是一家以新材料等学科为基础、利用镀膜技术,从事第二代高温超导带材研发、应用及销售的高新技术企业。公司与上海交通大学深度合作,成立“超导联合研究院”,对高温超导技术做全面布局和系统深入研究。公司基本的产品为第二代高温超导带材,突破了上、中、下游产业链、同时为客户提供全套高品质的产品,是国际上能够批量年产并销售百公里以上高温超导带材的生产商之一,也是国际上极少数可以在一定程度上完成高温超导全套生产装备和工艺交钥匙工程的公司之一。
健信超导:宁波健信超导科技股份有限公司主要提供高质量永磁磁共振成像磁体、超导磁共振成像磁体、磁共振成像配套梯度线圈和匀场线圈、高场科研用磁共振成像磁体以及波谱分析磁体、磁共振整机集成解决方案、超导技术在电力系统的应用等方向的产品。
新力超导:潍坊新力超导磁电科技有限公司成立于2009年。同年12月,公司与中国科学院高能物理研究所签订了《超导技术全面合作协议》,旨在开发核磁共振成像超导磁体、超导磁选机、超导除铁器等主流产品,在超导技术应用领域取得重大突破,并进而实现产业化。企业主要生产的产品为:核磁共振成像超导磁体(MRI)、超导磁选机和超导除铁器等。
百利电气:百利电气的控股子公司英纳超导是专门干高温超导材料及其应用产品研究开发、生产和销售的高新技术企业。公司已成为国内高温超导行业的先进企业,生产的高温超导线材产品的综合性能位于世界前列。
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