Billige Kabel für bessere elektrische Anwendungen

Die vor rund 100 Jahren entdeckten Supraleiter sind Materialien, die elektrischen Strom effizient und mit sehr geringer Verlustleistung im Vergleich zu herkömmlichen Kabeln leiten können. Sie werden derzeit in der medizinischen Bildgebung und als Hochfeldmagneten in wissenschaftlichen Einrichtungen verwendet und besitzen ein großes Potenzial für eine wirklich transformative Technologie. Allerdings besteht die größte Herausforderung im Zusammenhang mit Hochtemperatur-Supraleitern darin, lange Drähte und Kabel zu einem niedrigen Preis zu produzieren, um die Energie zuverlässig über große Entfernungen transportieren zu können.

Im Rahmen des EU-geförderten Projekts EUROTAPES haben europäische Forscher und Unternehmen ihre Kräfte vereint, um diese Einschränkungen zu überwinden und Substrate zur Verwendung in hochstrom-supraleitenden Bändern mit großer Länge zu entwickeln. EUROTAPES nutzt ein Verfahren vom Tintenstrahldruck, um mehrschichtige Strukturen zu schaffen. Diese beschichteten Leiter (coated conductors, CC) basieren auf einem metallischen Substrat. Bei dem Verfahren werden Nanopartikel zu chemischen oder kolloidalen Lösungen hinzugefügt und diese Tinten dann übereinander gedruckt, um die Bänder zu produzieren.

Insbesondere kombinieren die Wissenschaftler physikalische und chemische Abscheidungstechniken, um die supraleitenden Bänder und Nanokomposite in Form von Druckertinte zu erzeugen. Die entwickelten Nanokomposit-Leiter werden hohe Pinning-Kräfte und hohe kritische Ströme für hohe und ultrahohe Magnetfelder, hohe mechanische Festigkeit und große Dicken besitzen.

Bisher konzentrierte sich die Arbeit auf die Entwicklung neuer Fortschritte, um die Herstellungskosten für CC zu reduzieren. Die Wissenschaftler untersuchten vereinfachte Leiterarchitekturen und implementierten kostengünstigere Methoden für Fertigungsprozesse für große Längen.

Die Wissenschaftler untersuchten außerdem verschiedene Optionen, um runde Drähte zu verarbeiten und letztlich kompakte Kabel zu entwerfen. Es wurde gezeigt, dass eine schraubenförmige Geometrie zu viel weniger Wechselstromverlusten und einer verbesserten Transportkapazität führt. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Verwendung umweltfreundlicher chemischer Verfahren, wie etwa die Nutzung von metallischen Vorstufen für kostengünstige CC.

Nicht nur auf elektronische Anwendungen werden die Projektergebnisse wahrscheinlich einen großen Einfluss haben, sondern auch auf medizinische Anwendungen wie die Magnetresonanztomographie. Ferner könnten supraleitende Bänder auch für Hochfeldmagneten bei der Kernfusion zum Einsatz kommen.