1350 A Stromtragfähigkeit Neuer Supraleiterrekord von Theva

supraleitende Bandleiter
Hochtemperatur-Supraleitender Bandleiter von Theva.

Theva ist es gelungen, die Stromtragfähigkeit seiner »Pro-Line«-Supraleiter mehr als zu verdoppeln. Das eröffnet neue Möglichkeiten für Fusionsreaktoren und die Medizintechnik.

In Versuchsserien konnten mit Standardverfahren Bandleiter hergestellt werden, die bei 12 mm Breite und 75 m Dicke mehr einen Transportstrom von über 1000 A tragen. Dies entspricht einer Stromdichte von 1100 A/mm². Das Rekordniveau lag sogar bei 1350 A, entsprechend 1500 A/mm².

»Das ist unseres Wissens weltweit einmalig«, freut sich Dr. Markus Bauer, Vertreibsleiter von Theva. Gute Nachrichten vor allem für die Entwicklung von Hochfeldmagneten beispielsweise für Fusionsreaktoren oder auch für die Medizintechnik.

Der Preis für Supraleiter sinkt

Bisher gelang es Theva bei Standardmessbedingungen in flüssigem Stickstoff –  77 K bzw.  -196°C –, Supraleiter mit mehreren hundert Metern Länge mit einer garantierten Stromtragfähigkeit von 500 A herzustellen und dem Markt anzubieten. Durch die jetzt möglich gewordene Verbesserung können nun Leiter mit bis zu 850 A geliefert werden. Diese fast 70-prozentige Steigerung bedeutet, dass mehr Strom über weniger Fläche geleitet werden kann. Dies ist insbesondere bei Hochfeldmagneten von enormer Bedeutung, weil die Spulen mit den leistungsfähigeren Supraleitern auf den Strom bezogen »dichter« gewickelt werden und somit höhere Magnetfelder erreicht werden können – dadurch sinkt auch der Preis für Supraleiter weiter.

Ermöglicht wurde diese Entwicklung durch eine einmalige Besonderheit des Herstellungsverfahrens von Theva. Es zeichnet sich durch einen sehr einfachen Schichtaufbau aus, bei dem eine MgO-Pufferschicht mit verkippter Orientierung zum Einsatz kommt. Der besondere Wachstumsmodus erlaubt es, auch sehr dicke HTS-Schichten ohne Degradation der kristallinen Qualität herzustellen, so dass die Stromtragfähigkeit linear mit der HTS-Schichtdicke skaliert. Mit dieser Stellschraube gelingt es, hohen Stromtragfähigkeiten durch einfache Anpassung der Beschichtungsprozesse zu erreichen. Dies versetzt Theva in die Lage, Pro-Line Supraleiter mit deutlich gesteigerter Stromtragfähigkeit auf den Markt zu bringen.

Gegenwärtig laufen aufwändige Produkttests für die höchst leistungsfähigen Supraleiter. Hierbei werden neben der elektrischen und magnetischen Leistungsfähigkeit vor allem auch mechanische Eigenschaften wie Dehnbarkeit und Zugfestigkeit detailliert bestimmt. Geplant ist, diese im Herbst abzuschließen.

Diese Entwicklung stellt für alle Anwender eine deutliche Verbesserung dar. Kunden im Bereich der Hochfeldmagnete für die Spitzenforschung erlaubt sie, noch höhere Magnetfelder zu erzielen. In der Energietechnik, z.B. bei Generatoren und Hochstromkabeln, können mit den verbesserten Pro-Line Supraleitern deutlich kompaktere Designs und höhere Leistungsdichten erreicht werden – was sich wiederum auf den Preis auswirkt.

Hochtemperatur Supraleiter (HTS) zeichnen sich im Vergleich zu konventionellen elektrischen Leitern – wie Kupfer – durch ihre enorm hohe Stromtragfähigkeit aus. Diese ist mit dem nun erzielten Wert von über 1000 A/mm2 um das 200 bis 400-fache höher als bei einem Kupferleiter. In fast allen Einsatzfeldern von HTS-Leitern – von Hochfeldmagneten bis zu Kabeln – spielt die Stromdichte eine entscheidende Rolle für die Performance des Gesamtsystems.