Neue Spitzenwerte bei Supraleitern für die Energietechnik

Das Institut für Festkörper und Werkstoffforschung Dresden und die THEVA GmbH München präsentieren neue Spitzenwerte der kritischen Stromdichte bei supraleitenden Bändern für die Energietechnik: 1,3 Megaampere pro Quadratzentimeter auf längeren Bändern mit einem für die industrielle Anwendung geeigneten Verfahren

Supraleitung – das ist Stromfluss ohne elektrischen Widerstand. Bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (-273 °C) ist das für Physiker nichts Besonderes. Inzwischen gibt es auch Materialien, die bereits bei Temperaturen des flüssigen Stickstoffs (-196°C) supraleitend sind. Das verringert den technischen Aufwand der Kühlung und macht Supraleiter für praktische Anwendungen immer interessanter. Am Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) wird auf der ganzen Breite von theoretischen Berechnungen bis hin zum Bau von Funktionsmodellen daran gearbeitet, den supraleitenden Materialien zum Durchbruch zu verhelfen.

Ein Bereich, in dem der verlustfreie Stromtransport eine besonders große Rolle spielt, ist die Energie- und Magnettechnik. Große Hoffnungen werden dabei auf die Entwicklung von Bandleitern gesetzt, die aus einem kostengünstigen und leicht zu verarbeitendem Substrat bestehen und mit dem supraleitenden Material YBaCuO beschichtet sind. Voraussetzung für eine hohe Stromtragfähigkeit dieser Bandleiter ist, dass die supraleitende Schicht eine nahezu perfekte Kristallstruktur über die gesamte Länge aufweist. Das kann man erreichen, indem als Substrat Ni-Bänder verwendet werden, die durch eine starke Walzverformung mit anschließender Rekristallisation eine extrem scharfe Kornorientierung erhalten haben, die der danach aufgebrachten supraleitenden Schicht die Orientierung vermitteln und die maximale Stromdichte ganz wesentlich bestimmen. Diese Technik wurde 1996 im Oak Ridge National Laboratory (USA) erstmals demonstriert, bisher gelang jedoch nicht die Übertragung auf längere Bänder für praktische Anwendungen.

Im Rahmen eines europäischen Projektes gelang nun im IFW Dresden in Kooperation mit der Firma THEVA GmbH international erstmalig die Herstellung von hochstromtragenden YBaCuO-Bändern > 10 cm Länge. Damit ist ein wesentlicher Nachweis für die industrielle Eignung dieser Methode erbracht. Die Bänder weisen Stromdichten von bis zu 1.3 Megaampere pro Quadratzentimeter auf und tragen Gesamtströme bis zu 135 Ampere. Ein entscheidender Beitrag zu diesem Erfolg war die Herstellung eines Nickel-Wolfram-Bandes im IFW, das eine extrem scharfe und homogene Kornorientierung hat und zugleich zugfest, glatt und oxidationsstabil ist und damit optimale Beschichtungseigenschaften aufweist. Die anschließende Beschichtung mit YBaCuO erfolgte mittels thermischen Verdampfens beim Projektpartner THEVA in Eching.

Dieses Resultat ist ein wesentlicher Meilenstein für die weitere Entwicklung auf diesem Gebiet und lässt die Herstellung wirklich langer Bänder (>10m) in naher Zukunft erwarten.
Weitere Informationen:
Dr. Bernhard Holzapfel
IFW Dresden
Tel. 0351 – 4659 455, b.holzapfel@ifw-dresden.de

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

www.ifw-dresden.de/imw/26/laser/la_ibald.htm

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Dr. Carola Langer idw

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Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

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