ybco材料概述

具有超导性的材料其主要特性是在一定临界温度下电阻为零即所谓零阻现象 在磁场中其磁感应强度为零 即抗磁现象 有些材料的电阻率随温度降低逐渐减小 当温度降低到某一温度时 电阻率突然减小到零 此时温度称为临界温度 TC 超导材料研究的难题是突破 温度障碍 而YBCO就是我们一直在寻找的高温超导陶瓷材料 YBCO结构 具有层状钙钛矿型结构 含有CuO CuO2 CuO2 CuO交替的层 CuO2层可以有变形和皱褶 钇原子存在于CuO2和CuO2层中 BaO层则在CuO与CuO2两层之间 存在二维的Cu O面 由CuO6八面体 CuO5正四方锥 CuO4平面四边形组成的铜氧平面 所有的铜氧配位多面体相互连结的方式只能采取共顶点的形式 而不能共棱或共面 当YBCO中氧原子计量小于7时 根据具体数值的不同 这些非计量化合物结构可以有差异 可以化学式中的 来表示 1时为四方结构 CuO层的O 1 为空 不显示超导性 略微增加氧的含量会增加O 1 的占有率 0 65时b轴形成Cu O链 结构变为正交 晶格参数分别为a 3 82 b 3 89及其c 11 68 当 0 07时超导性最佳 超导材料具备的特殊性质 应用与前景 YBCO应用与前景 应用 高温超导电缆 所用性质 超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体 应用背景 随着经济和社会的发展 人们对电量的需求越来越大 加之我国能源和负荷分布不均匀 长距离输电成为必然 基本概况 高温超导电缆具有大容量 低损耗 结构紧凑 对环境影响小的特点 可用来远距离大容量输电 为大负荷特殊场合供电 用于变电站内的大电流传输母线 替换海底电缆等 能够节约大量金属材料和安装成本 应用 高温超导发电机和电动机 所用性质 由于其完全抗磁性 兼备了感应和永磁同步电机的优点 应用背景 目前应用较多的感应电机和永磁同步电机都有许多众所周知的优点 虽然感应电机启动方便 但运行效率低 永磁同步电机运行效率高 可本身启动困难 基本概况 具有体积小 效率高 同步电抗小 寿命长 噪声低等优点 高温超导的完全抗磁性使得在深冷温度下电阻近乎为零 与铜导体相比 电流密度可提高十倍 有效利用率提高3倍 与普通电机相比 体积减小一半而效率达到了99 7 高温超导与普通超导比 制冷设备更加简化 而液氮的高效排热率也使得发电机的更可靠 更经济 应用 高温超导发电机和电动机 发展前景 如果在高温超导材料的交流损耗问题取得了新的突破 创造出由超导线材交流电枢绕组和超导转子绕组构成的新型全超导电机 不仅有普通超导电机的优点 还使得结构更简单 可靠性更高 更适合于高速运转 应用 高温超导变压器 所用性质 超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体 应用背景 适合用于用电负荷大并且安装于室内的闹市城区 闹市人流量大 更安全 基本概况 高温超导变压器采用超导材料取代铜线 液氮取代油作为冷却剂 具有诸多优点 体积小重量轻 特别适合用于用电负荷大并且安装于室内的闹市城区 节能 虽然高温超导用于交流会产生交流损耗 尽管如此 其综合效率仍然高于常规变压器 应用 高温超导储能装置 PART1电磁储能所用性质 超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体 运用原理 线圈中通电时 其所存储的能量与电流的平方和电感的乘积成正比 由于线圈导体有电阻 能量会以焦耳热的形式消耗 而高温超导在深冷状态下电阻为零 不存在焦耳热损耗 能量即可永久储存 应用背景 早在1978年美国就开始研究存储能量为30MJ的超导电磁储能设备 并于1984年并网运行 储存电能释放时效率达到95 应用 高温超导储能装置 PART1电磁储能基本概况 现在的电力系统内 能够实现大容量的储能发电系统主要有抽水蓄能 压缩空气蓄能 飞轮蓄能和电磁蓄能四种 其中抽水蓄能因其简单安全运用最为广泛 然而最具有潜能并且效率最高的还是高温超导电磁储能 应用 高温超导储能装置 PART2飞轮储能所用性质 超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体 运用原理 飞轮储存的能量与其转速和转动惯量成正比 采用高温超导新材料制成的磁浮式推力轴承 可使飞轮和转子等转动部分在磁力悬浮状态下无阻力高速旋转 基本概况 飞轮储能发电设备是仅次于抽水蓄能发电设备的一种大容量储能系统 两者基本原理结构形式类似 都采用发电电机 但抽水蓄能是在用电低谷时将水送至高处 待到用电高峰再用其发电 而飞轮储能则是在用电低谷是将发电电动机作为电动机来驱动飞轮旋转 电网负荷高峰时 发电机又被飞轮驱动来发电 问题 主要有两个问题限制了YBCO在超导方面的应用 第一 YBCO单晶有很高的临界电流密度 至于多晶则很低 保持超导态时仅能通过很小的电流 这是由材料的晶粒界面造成 当晶界角大于约5 时 超