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High Temperature Superconducting Magnetic Energy Storage and Its Power Control Technology

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ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＯＦ　ＣＨＩＮＡ，ＶＯＬ．６，ＮＯ．２，ＪＵＮＥ　２００８　ｌ３７　

Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｓｕｐｅｒｃ０ｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｅｎｅｒｇｙ　

Ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

Ｘｉａｏ—Ｙｕａｎ　Ｃｈｅｎ，Ｊｉａｎ—Ｘｕｎ　Ｊｉｎ，Ｋａｉ－Ｍｅｎｇ　Ｍａ，Ｊｕ　Ｗｅｎ，Ｙｉｎｇ　Ｘｉｎ，Ｗｅｉ—Ｚｈｉ　Ｇｏｎｇ，　

Ａｎ—ＬｉＩｌ　Ｒｅｎ，ａｎｄ　Ｊｉｎｇ—Ｙｉｎ　Ｚｈａｎｇ　

Ａｂｓｔｒａｃｂ－－－Ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ（ＨＴＳ）　

ｐｏｗｅｒ　ｉｎｄｕｃｔｏｒ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　

ｓｔｕｄｉｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　

ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａ　ｃｏｎｔｒｏＨｅｄ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｆｏｒ　

ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ＨＴｓ　ｓＭＥｓ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ．　

／ｎｄｅｘ　Ｔｅｒｍｓ－－－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｓｗｉｔｃｈ，　ＳＭＥＳ，ｈｉｇｈ　

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｏ－ＩＴＳ）ｉｎｄｕｃｔｏｒ，ｕｎｉｎｔｅｒ－　

ｒｕｐｔｉｂｌｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ（ＵＰＳ）．　

１．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　

Ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｄｕｃｔｏｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　

ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｎｄ　

ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｆｉｅｌｄ，ｉ．ｅ．，ｈｉｇｈ—ｅｎｅｒｇｙ　ｐｈｙｓｉｃｓ，ｈｉｇｈ－ｅｎｅｒｇｙ　ｌａｓｅｒ，　

ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ（ＳＭＺｓ）ｄｅｖｉｃｅｓ　ｃａｎ　ｓｔｏｒｅ　ｔｈｅ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ　

ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｓ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｅｒｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　

ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｉｎｄｕｃｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｓｔｏｒｅｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｉｆ　

ｒｅｑｕｉｒｅｄ．Ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ＳＭＥＳ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｏｔｈｅｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｈｉ：ｇｈ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　

ｄｅｎｓｉｔｙ，ｈｉｇｈ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｌｉｆｅ－ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｆｅｗ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　

ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ（ＨＴＳ）ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＳＭＥＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　

ｂｅｅｎ　ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｄ　ａｃｔｉｖｅｌｙ　ａｎｄ　ｉｓ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ａｐｐｌｙ　ｉｎ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［１】＿［４】．　Ｉｎ　ｍｉｓ　Ｐａｐｅｒ，ａ　Ｉ－ＩＴＳ　ｉｎｄｕｃｔｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｉｔｈ　

ｉｔｓ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．　

Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａ　

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｔｈｅ　

Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ　ｒｅｃｅｉｖｅｄＭａｒｃｈ　ｌ，２００８；ｒｅｖｉｓｅｄＡｐｍ　ｌ，２００８．　Ｘ．－ＹＣｈｅｎ，Ｊ．－Ｘ．Ｊｉｎ，Ｋ．－Ｍ．Ｍａ，Ｊ．Ｗｂｎ　ａｒｅｗｉｔｈｔｈｅＣｅｎｔｅｒｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，６１００５４，Ｃｈｉｎａ（ｅ－ｍａｉｌ：　ｃｘｙ＿ｙｊｓ（￣ａｈｏｏ．ｃｏｒｎ．ｃｎ＇ｊｘｊｉｎ＠ｕｅｓｔｅ．ｅｄｕ．ｃｌｌ　ａｎｄ　ｈａｎｑｉｎｍｏｔｍｔ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ．　ｃｎ　８３２０１２２９）．　ＹＸｉｎ，Ｗ－Ｚ．Ｇｏｎｇ，Ａ．－Ｌ．Ｒｅｎ．ａｎｄ　Ｊ．－ＹＺｈａｎｇ　ａ　ｗｉｔｈＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｉｎｎｏｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｃａｂｌｅ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ，　１００１７６，Ｃｈｉｎａ（ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｎｇｘｉｎ＠ｉｎｎｏｐｏｗｅｒ．ｃｏｒｎ，　ｇｏｎｇ　ｗｅｉｚｈｉ＠　ｉｎｎｏｐｏｗｅｒ．ｃｏｒｎ　ａｎｄ　ｒｅｎ　ａｎＬｉｎ＠ｉｎｎｏｐｏｗｅｒ．ｃｏｍ）．　ｓｔｏｒｅｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｅａｄｉｌｙ　ａｎｄ　ａ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ａｎ　

ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ（ＵＰＳ）ｉｓ　ａｌｓｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｔｏ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏＨｅｄ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ＳＭＥＳ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　

２．ＨＴＳ　Ｉｎｄｕｃｔｏｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　

Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｒｅｅ　ＨＴＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｃｏｉｌｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａ　ｃｏｍｍｏｎ　

ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｆＨＴＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｃｏｉｌ　ｉｓ　ｓｈｏｗｎ　ｉｎ　Ｆｉｇ．１．　

２．１　ＳｐｅｃｉＩｉｃａｔｉ０ｎｓ　０ｆＨＴＳ　Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　

Ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ．Ｂｉ－２２２３　ｍｕｌｔｉｆｉｌａｍｅｎｔ　ＨＴＳ　ｔａｐｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　

ｉｓ　ｃｈｏｓｅｎ　ｔｏ　ｄｅｉｇｎ　ａ　ＨＴＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｃｏｉｌ．Ｉｔｓ　ｍａｉｎ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ＂ｗｉｄｔｈ　ａ　ｉｓ　４．２３—ｍ—ｍ．ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｂ　ｉｓ　０．２３　ｉｎｎｌ，ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ厶ｉｓ　１００　Ａ（７７　Ｋ，０　Ｔ），ａｎｄ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　

ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　３，ｉｓ　１０ｋＡ／ｃｍｚ．　

２．２　Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　

Ａ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ　ｂｙ【５】　

ａｎｄ　ｃａｎｂｅ　ｅｘｐｒｅｓｓｅｄａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ　

＝２ｚｒ，ｕ０Ｎ２Ｒ￣Ｔ（ｐ，ｇ）　（１）　

ｗｈｅｒｅ　＝４＝ｘ１０－７，ｐａｒａｍｅｔｅｒⅣｃｉｓｇｉｖｅｎｂｙ　

Ｎ　（２）　

ｗｈｅｒｅ　Ｎ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｃｏｉｌ　ｔａｍｓ，ａｎｄ　，ｇ）ｉｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆｓ￣ｅ　ｒａｔｉｏｐ（＝Ｒ２／Ｒ１），ｑ（＝Ｄ／ＲＯ．　

Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ（１）ａｎｄ（２），ｔｈｅｒｅｉｓ　

２　，ｇ）［　Ｎ　Ｊ．（３）　

Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒ　Ｋ　ｆｏｒ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　

Ｎａｂ＝（　一Ｒｔ）ＤＫ．　（４）　

Ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｌｅｎｇｔｈ　ｏｆｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ　Ｓ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ　ｂｙ　

…　＋　）］　

２．３　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＨＴＳ　Ｓｏｌｅｎｏｉｄ　Ｃｏｉｌｓ　

Ｆｏｒ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＨＴＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｃｏｉｌ，ｔ

ｈｒｅｅ　维普资讯 http://www.cqvip.com １３８　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＯＦ　ＣＨＩＮＡ，ＶＯＬ．６，ＮＯ．２，ＪＵＮＥ　２００８　

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｉｌｓ　ｗｉｔｈ　ｓａｎｌｅ　ｉｎｎｅｒ　ｒａｄｉｕｓ　Ｒ１　ａｎｄ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ａｒｅａ　

（Ｒ２－Ｒｊ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ＨＴＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｃｏｉｌｓ　ａｒｅ　ｓｈｏｗｎ　ｉｎ　Ｔａｂｌｅ　１．　

×　×　

＼　

Ｆｉｇ．１．Ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆＨＴＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｃｏｉｌｓ　

Ｔａｂｌｅ　１．Ｍａｉｎ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ　ｏｆｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ＨＴＳ　ｃｏｉｌｓ　

Ａ．Ｃａｓｅ　１　Ｆｒｏｍ　Ｔａｂｌｅ　２，ｔｈｅ　ｓｉｚｅ　ｒａｔｉｏｓ　，ｇ）ｉｎ　Ｃａｓｅ　１，２，ａｎｄ　３　

ａｒｅ（２，１），（１．５，２），（３，０．５），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ【６１，　ｐ，ｇ）ｉｎ　Ｃａｓｅ　１，２，ａｎｄ　３　ａｒｅ　０．３２９０，０．２０４６，ａｎｄ　０．５０２８，　

ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｃｏｉｌ　ｈａｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｉｚｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ（２，１）ｉｓ　ａ　ｓｏ—ｃａｌｌｅｄ　Ｂｒｏｏｋｓ　ｃｏｉｌ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｇｉｖｅ　ａ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ｆｏｒ　ａ　ｇｉｖｅｎ　１ｅｎ￣ｎｈ　ｏｆ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．　

Ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆＣａｓｅ　１．ｔｈｅ　ＨＴＳ　ｃｏｉ１　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｗｏｕｎｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ｌａｙｅｒ．Ｔｈｅ　ｔｏｔａ１　ｗｉｄｔｈ　ａｎｄ　

ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　Ｂｉ一２２２３　ＨＴＳ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　１ａｙｅｒ　

ａｒｅ　６　ｍｍ　ａｎｄ　０．６　ｍｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　

ｆｉｌｌｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒ　ｉｓ　３２．２％．Ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ　ｔｏ（３）ａｎｄ（４），ｔｈｅ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅＬ１　ｉｎＣａｓｅ　１　ｉｓ　１Ｈ　ａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒ　ｏｆｒａｍｓＮ１　ｉｓ　

２１８６．Ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ　ｔｏ（５），ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｌｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ＨＴＳ　ｗｉｒｅｓ　Ｓ１　ｉｓ　１６６８ｍ．　Ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｓｏｍｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　

ｃｏｉｌ，ＱｕｉｃｋＦｉｅｌｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｓｓｕｍｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　

ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｃｏｉｌ　１１　ｉｓ　１００Ａ，ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ａｓ　ｓｈｏｗｎ　ｉｎ　Ｆｉｇ．２．　

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高温超导体的磁阻

高温超导体的磁阻

高温超导体的磁阻

郭亚锋

【期刊名称】《中学物理（高中版）》

【年(卷),期】2018(036)001

【摘 要】超导材料作为一种先进材料,在我们的生活还中没有普遍应用,但是其广泛的应用前景为科学家所看好,其研究的应用价值非常高,中国科学家的研究也处于国际领先地位,所以学生对其表现出非常浓厚的兴趣.笔者在读研究生期间也做过一些研究工作,但是在高中物理教学过程中学生提出一些关于超大材料的问题,大多数学生对其的理解是有误区,本文希望能够给中学生对于超导材料提供一些全面的理解.

【总页数】2页(P59-60)

【作 者】郭亚锋

【作者单位】浙江省宁海中学 浙江宁波 315600

【正文语种】中 文

【相关文献】

1.电子型与空穴型氧化物超导体：高温超导体电子结构和Tc因素2.探索非常规高温超导体3.高压下氢基高温超导体研究的新进展4.对Ⅱ类超导体混合态磁阻起因的重新认识5.电子型高温超导体/铁电体/巨磁阻材料异质结的生长及其电输运性质的研究

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高压下富氢高温超导体的新探索

高压下富氢高温超导体的新探索

第49卷第2期

2021年2月 硅 酸 盐 学 报 Vol. 49，No. 2

February，2021 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY

DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20200499

高压下富氢高温超导体的新探索

段德芳1，黄晓丽1，崔 田1,2

(1. 吉林大学物理学院，长春 130012；2. 宁波大学物理科学与技术学院 浙江 宁波 315211)

摘 要：实现室温超导是超导研究的终极目标。最近科学家在高压下富氢材料中发现了系列高温超导体，特别是首先被理论

预测随后被实验证实的新型硫氢化物H

3S和镧系氢化物LaH

10，它们的超导转变温度均超过200 K。富氢材料已经被认为是

室温超导体的最佳候选体系，成为物理、材料、超导等多学科的研究热点。综述了本课题组在此领域的主要成果，包括：在

高压下成功制备了多种新型的笼状结构超氢化物PrH

9和NdH

9，确定了它们的超导转变温度(T

c)，首次发现了具有强磁功能

特性的NdH

9，其磁性抑制了超导电性；设计了新型笼状超氢化物CaH

9，其高压下的理论T

c达到了266 K；实验和理论紧密

结合，在温和压力条件下合成了超导锆氢化合物ZrH

3和Zr

4H

15；进一步将二元氢化物拓展到三元氢化物，设计了T

c超过60 K

的MgXH

6(X=Si，Ge)。

关键词：高压；富氢材料；超导体；金刚石；对顶砧；第一性原理

中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：

0454–5648(2021)02–0250–06

网络出版时间：2020–10–22

New Exploration of Hydrogen-based High-temperature Superconductors under High Pressure

DUAN Defang1, HUANG Xiaoli1, CUI Tian1,2

超导储能能量密度

超导储能能量密度

超导储能能量密度

能源是人类社会发展的重要动力。储能技术则是能源转换及利用的关键环节，它可以在不同时间、不同场合提供能量供应，建立有效的电力应急响应机制。为了提高储能技术的能量密度，超导储能技术应运而生。

超导体的电阻为零，可以在极低温度下进行强电流传输，能够在瞬时存储大量电能。超导储能技术的能量密度高达200-400MJ/m³，是目前各类储能技术中最高的。一般储能技术的能量密度大多低于10MJ/m³，纯电动汽车的电池能量密度在0.1-0.2MJ/m³左右。因此，超导储能技术被认为是未来储能技术的重要方向之一。

超导材料是实现超导储能的关键。目前，最常见的超导材料是铜氧化物和铁基超导体，它们具有良好的电导率、能量管理和磁通量输运能力。另外，还有很多新型的超导材料被不断研发，例如铍钇铜氧化物、镧钡铜氧化物等。这些新型材料的超导临界温度已经远高于液氮的温度（77K），可以在较为容易实现的低温下实现超导储能。

超导储能技术不仅能够储存电能，还可以存储气体、液体、化学物质等多种形式的能源。在低温条件下，将氢气压缩成固态氢存储在超导器件中，属于氢储能技术中的一种。它具有储能密度高、能量转化效率高、安全性好等特点，可以作为新型能源的备用方案。与此同时，超导储能技术还可以将储存的能量迅速释放，满足临时需求，为现代能源互补技术提供了新的途径。

在未来的能源转换与利用中，超导储能技术具有巨大的潜力。它可以满足人类社会对能量密度、储存效率、安全性要求的多种需求，为实现清洁、高效、可再生能源及新能源的使用和推广提供了新的技术支持。同时，也需进一步加强对超导材料、超导器件的研发，促进科技创新和应用成果的转化。超导储能技术将引领能源储存与利用的新时代，为人类社会的持续发展注入新的动力。

能量密度Energy density

能量密度Energy density

能量密度Energy density

是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。

能量密度就是单位体积里所含的能量。

电场与磁场是分布在全空间中的，而且它们是有能量的，这些能量在全空间中的分布是不均匀的，越靠近场源（即电荷或电流）场的能量越密集——单位体积里所含能量越多；反之，离场源越远，场能量越稀疏——能量密度越小。

完全能量密度

此表给出了完整系统的能量密度, 包含了一切必要的外部条件,如氧化剂和热源。

能量密度表：

存储形式 质量能量密度

(MJ/kg) 容积能量密度

(MJ/L) Peak

recovery

efficiency

% Practical

recovery

efficiency %

质能等价 89,876,000,000

氢核聚变（太阳的能量来源) 645,000,000

Deuterium-Tritium

fusion 337,000,000

核裂变 (100% 铀-235) (用于核武器) 88,250,000 1,500,000,000

天然铀 (99.3%

U-238, 0.7%

U-235)用于快滋生反应器[2] 24,000,000 50%

浓缩铀 (3.5%

U235) 用于轻水反应堆 3,456,000 30%

Hf-178m2 isomer 1,326,000 17,649,060

Pu-238 a-decay 15,500,000

天然铀 (0.7%

U235) 用于 轻水反应堆 443,000 30% Ta-180m isomer 41,340 689,964

Specific orbital

energy of Low

Earth orbit

(approximate) 33

Cl2O7 + CH4 - 计算值 17.4