超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5 兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。

高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。

一、大电流应用    

超导发电机　

在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5 万～6 万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5 ～10倍，达1 万兆瓦，而体积却减少1/2 ，整机重量减轻1/3 ，发电效率提高50％。

磁流体发电机

磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电发电，是利用高温导电性气体（等离子体）作导体，并高速通过磁场强度为5 万～6 万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单，用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。

超导输电线路

超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15% 的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。

超导储能

超导储能不仅可以在超导体电感线圈内无损耗地储存电能，还可以通过电力电子换流器与外部系统快速交换有功和无功功率，用于提高电力系统稳定性、改善供电品质。　

将一个超导体圆环置于磁场中，降温至圆环材料的临界温度以下，撤去磁场，由于电磁感应，圆环中便有感应电流产生，只要温度保持在临界温度以下，电流便会持续下去。试验表明，这种电流的衰减时间不低于10万年。显然这是一种理想的储能装置，称为超导储能。

超导储能的优点很多，主要是功率大、质量轻、体积小、损耗小、反应快等等，因此应用很广。如大功率激光器，需要在瞬时提出数千乃至上万焦耳的能量，这就可由超导储能装置来承担。超导储能还可以用于电网。当大电网中负荷小时，把多余的电能储存起来，负荷大时又把电能送回电网，这样就可以避免用电高峰和低谷时的供求矛盾。

二、抗磁性应用

超导磁悬浮列车　

利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。

托卡马克

是一环形装置，通过约束电磁波驱动，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，并实现人类对聚变反应的控制。受控热核聚变在常规托卡马克装置上已经实现。但常规托卡马克装置体积庞大、效率低，突破难度大。上世纪末，科学家们把新兴的超导技术用于托卡马克装置，使基础理论研究和系统运行参数得到很大提高。

核聚变反应堆“磁封闭体”　

核聚变反应时，内部温度高达1 亿～2 亿℃，没有任何常规材料可以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源。

三、电子学应用

超导计算机　

高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体管。

超导微波器件

本世纪初美国航天局(NASA)提出了一个雄心勃勃的空间发展计划, 为21 世纪战略目标的实现提供技术支撑, 其中就包括以高温超导滤波器为核心器件的"低温接收机前端。除去将高温超导器件用于单个卫星外,NASA 还提出用十年时间建设一个由大量低轨卫星、同步卫星和地面站组成的天基-地基高速率全球数据传输系统。据NASA 介绍, 在这个系统中使用基于高温超导滤波器的低温接收机, 将给K 波段的系统带来6 dB 的好处, 可以使低轨卫星之间(LEO-LEO)的数据率提高4 倍(或减少75 %的传输功率), 使低轨与同步卫星之间(LEOGEO)的数据率提高80 %(或减少45 %的传输功率), 同时该技术还可以用于从地面传感器、气球、飞机等采集数据。下载本文