1、高溫超導材料在制冷成本及制冷能耗上具有明顯優勢
根據觀研報告網發布的《中國高溫超導材料行業發展趨勢研究與未來投資預測報告(2025-2032)》顯示,超導材料具有零電阻、完全抗磁性、量子隧穿效應三大基本特性,可以實現大電流輸運、產生強磁場等先進技術,是具有戰略意義的前沿新材料,在可控核聚變、超導電力、大科學裝置、高端制造、醫療裝備及交通運輸等方面都有重要的應用價值和廣闊的應用前景。
根據臨界溫度的不同,可以將超導材料分為低溫超導材料和高溫超導材料。Tc<40K(-233℃)的超導材料稱為低溫超導材料,目前已實現產業化的主要為鈮合金超導材料,即NbTi和Nb3Sn,技術較為成熟,已成功應用于磁共振成像、核磁共振波譜分析等領域,但低溫超導材料臨界溫度較低,需要在液氦環境(4.2K,即-269℃)下工作。Tc≥40K的超導材料稱為高溫超導材料,對于工作環境要求較低,并且由于液氮資源豐富,制備技術成熟,價格遠低于液氦,在制冷成本及制冷能耗上具有明顯優勢。同時,高溫超導材料能夠提供更高場強的穩定磁場,進一步打開下游高場應用領域,產業化前景更加廣泛,但制備技術較為復雜,規?;a未能充分顯現,使得產品價格較低溫超導材料更高。
高溫超導材料和低溫超導材料特性對比
項目 |
低溫超導材料 |
高溫超導材料 |
所涉材料 |
NbTi/Nb3Sn等 |
BSCCO/REBCO等 |
工作溫區 |
液氦(4.2K) |
液氦(4.2K)至液氮(77K) |
磁場強度 |
0~15T |
0~30T以上 |
磁體體積及重量 |
制冷能耗較高,且磁體體積及重量較大 |
制冷能耗較低,且磁體體積及重量較小 |
主要應用領域 |
磁共振成像、核磁共振波譜分析、可控核聚變、超導磁控單晶爐等 |
可控核聚變、超導電力、超導磁控單晶爐、超導感應加熱裝置等 |
資料來源:觀研天下整理
2、全球高溫超導材料行業市場規模不斷擴大,磁體是最大的應用領域
高溫超導磁體由于材料特性,磁場強度可以做到更高,已經開始向多種低溫超導磁體不能達到的高場應用領域滲透,可以更好地滿足可控核聚變等高場磁體的設計需求。根據數據,2024年,全球高溫超導材料市場規模為7.9億元,同比增長77.3%,預計2030年市場將超百億規模,達到105.0億元,2024-2030年的復合增長率為53.9%。
數據來源:觀研天下整理
在應用領域,高溫超導材料下游主要集中在兩個方向:一方面,在強電方向,其可用于增強載流量,減輕電工裝備的重量、減小體積、減少占地面積以及提升能效等,主要用于電力領域,如超導電纜、超導限流器、超導電機(調相機)、超導儲能系統等;另一方面,在高場方向,利用其大電流產生的大磁場,可廣泛服務于可控核聚變、大科學裝置、高端制造、醫療裝備等領域。
數據來源:觀研天下整理
3、核聚變產業化提速,全球可控核聚變裝置使用的高溫超導材料市場規模已過億
核聚變是指在極端高溫高壓條件下將兩個或多個質量較輕的原子核(通常是氘和氚)聚合為一個或多個較重的原子核和其他粒子,并釋放出能量的過程。實現核聚變反應,需要同時滿足足夠高的溫度、一定的等離子體密度和一定的能量約束時間三個條件。而目前,解決核聚變溫度、密度、約束時間三個方面的“可控”主要有三種路徑:引力約束、慣性約束和磁約束。其中,磁約束是利用磁場約束等離子體運動,防止外泄,被認為是最有可能實現可控核聚變的途徑。
當前,國際上各國政府均在積極推進可控核聚變,出臺了一系列政策、規程,為高溫超導材料行業發展提供強有力的支持。例如,韓國依托“K-STAR”裝置,到2025年將建成首個中型實驗聚變堆,并計劃2035年推出商用原型反應堆;2025年3月,能量奇點經天磁體成功完成了首輪通流實驗,產生高達21.7T的磁場,創下大孔徑高溫超導D形磁體最高磁場紀錄。
全球主要國家積極推進可控核聚變概況
可控核聚變概況 |
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韓國 |
依托“K-STAR”裝置,到2025年將建成首個中型實驗聚變堆,并計劃 2035年推出商用原型反應堆 |
英國 |
英國修訂了核聚變國家戰略,明確提出支持建設全球首座核聚變原型電廠“STEP”,2025年將完成第一階段的概念設計 |
美國 |
美國通過《聚變能源戰略2024》,明確提出到2030年前實現小型聚變反應堆的商業化應用 |
日本 |
日本發布了《核聚變能源創新戰略》,提出在2035年前建成兩座小型示范核聚變發電站,計劃于2025年完成“小型高場托卡馬克裝置”的首次實驗運行,為未來商業反應堆設計積累數據和經驗 |
德國 |
德國新一屆政府在首次聯合聲明中提出要“加強核聚變研究,目標是擁有世界第一個核聚變反應堆” |
中國 |
中國科學院合肥物質科學研究院CRAFT已建成國際最大超導磁體動態測試設施,預計于2025年底完成全部主體工程 |
中國科學院合肥物質科學研究院EAST實現了1億攝氏度1066秒高約束模等離子體運行,創造了新的世界紀錄 |
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能量奇點經天磁體成功完成了首輪通流實驗,產生了高達21.7T的磁場,創下大孔徑高溫超導D形磁體最高磁場紀錄 |
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中核集團核工業西南物理研究院“中國環流器三號”率先實現原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度的“雙億度”突破,標志著可控核聚變研究正式邁入燃燒實驗階段,在核心參數與關鍵技術上逐步躋身國際前列 |
資料來源:觀研天下整理
隨著核聚變產業化提速,將有效拉動高溫超導材料規?;?。根據數據顯示,2030-2035年,全球可控核聚變裝置市場規模累計有望達到2.26萬億元,其中超導材料(含高溫超導材料與低溫超導材料)市場規模累計有望超過2700億元。根據數據,2024年,全球可控核聚變裝置使用的高溫超導材料市場規模為3.0億元,預計2030年將達到49.0億元,2024-2030年的復合增長率為59.3%。
數據來源:觀研天下整理
4、全球高溫超導材料行業產能擴張,價格下降
長遠來看,可控核聚變等應用領域的快速發展,拉動高溫超導材料的市場需求,國內外生產商都積極進行擴產,產能擴張成為行業發展趨勢。形成規模效應的同時,也牽引技術得到進步,生產工藝更加成熟、生產效率逐步提高,從而使得產品價格也有所降低,更加適應大規模商業化應用的趨勢。
此外,隨著國內外高溫超導材料不斷發展及下游應用場景的持續豐富,產業內將形成技術創新與需求升級相互驅動的良性循環,高溫超導材料在已有應用領域的滲透率預期將進一步提升并將逐步打開新的應用場景。(WYD)

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