日本调查公司发布高温超导技术专利动向

2024年7月25日，日本调查公司Astamuse发布高温超导技术[1]的未来前景调查。高温超导技术作为一项支持未来社会基础设施的技术，报告将从其专利、项目资助、初创企业等方面分析该技术的研发与应用趋势。

1. 高温超导技术相关专利动向

该调查在专利摘要字段中检索包含“高温超导”和“铜氧化物超导体”等关键词的专利数据共3,704项，并总结了关键词在2012至2022年间出现的频率和增长率[2]，识别出近年来主要的技术要素，分析和预测了热点技术、未来有潜力成为焦点的技术，并预判了相关技术所处的阶段（起步、萌芽、成长和成熟）。

与冷却技术相关的关键词（如“氮气”“杜瓦瓶”“无液氦”）增长率明显较高，一方面是由于多年来使用低成本氮气制冷剂的高温超导技术研发取得了进展，另一方面是近年来氦气（作为稀缺资源和战略材料被用作超导磁体低温冷却剂）出现短缺。调查分析认为，这反映了全球“去氦制冷剂”的未来研发趋势。

与线材和电磁铁相关的关键词（如“线圈”“磁铁”“胶带”“淬火”）持续高频出现，而“超导电力线”（利用超导零电阻的特性，实现极低损耗的长距离电力传输）和“高温超导电磁铁”[3]不断受到关注。此外，“磁悬浮”一词的增长率也很高，有望利用高温超导电磁铁具有紧凑性的特点，将其投入铁路等磁悬浮领域中应用。

2012至2022年，中国的专利申请量最多，其后依次是美国、日本、韩国和欧盟。这是由于近年来中国在《交通强国建设纲要》中提出，要加强对可能引发交通产业变革的尖端颠覆性技术的研究。在此背景下，中国政府主导研发了时速600公里级的高速磁浮系统、时速400公里级的高速旅客铁路系统、低真空管（隧道）高速铁路等技术基础设施的研发。

图1  高温超导技术专利摘要中关键词的年度变化

2. 高温超导技术竞争性研究资助与研究项目

该调查采用与专利数据类似的检索思路，共获得高温超导技术相关的项目5,010项。从国家/地区的竞争性项目[4]来看，美国和日本位居前两位，其后依次是英国、欧盟和瑞士。美国近几年的项目预算总额明显增加，远超过其他国家/地区。

与超导材料有关的高新词（如“超氢化物”“镍酸盐”），反映了对具有更高超导转变温度新材料的不断探索，主要是“氢化物超导体”“镍氧化物超导体”。另一方面，与电磁铁和导线有关的词（“磁铁”“磁带”等）持续高频出现，这表明基础研究正朝着超导电力线和高温超导磁铁的实际应用方向发展。此外，“核聚变”“等离子体”等词的出现也表明，利用高温超导电磁体对核聚变反应进行磁等离子体控制的实际应用研究变得越来越活跃。这些与聚变反应控制有关的基础研究，预计将在国际热核实验反应堆（ITER）计划中进一步发展（在2033年以后开始运行）。

3. 高温超导技术相关的初创企业

与专利和项目数据获取一致，调查通过检索获得了美国VEIR和法国Renaissance Fusion等5家初创企业的数据。调查认为，高温超导技术的实际应用在高温超导材料导线的生产、连接和弯曲等方面存在一些困难。

4. 高温超导技术的未来前景

通过专利分析调查可以推断出，许多申请的目的是将高温超导技术引入社会基础设施建设，如使用高温超导线缆和磁悬浮运输系统的电力线和电磁铁的制造方法；因此，未来高温超导技术的主要挑战将是如何在降低成本，以及高安全性和可靠性之间取得平衡。

通过项目分析调查发现，除了与电力线和电磁铁有关的研究外，还有大量资金被投入到尚未实现的研究问题中，如基于使用高温超导磁体控制等离子体的聚变反应的实际应用，以及寻找具有更高超导转变温度的新材料。长远来看，聚变反应堆有望在能源生产领域占据重要地位。

通过初创企业分析调查发现，近年来，少数拥有高温超导相关原创技术的新企业备受关注，未来超导技术实际应用的参与者及其社会实施的进展状况可能会发生重大变化。

目前的高温超导技术正处于社会实施的初期阶段，在不久的将来会推广到超导电力线和电磁铁、磁悬浮运输系统等基础设施领域；在更远的将来会推广到磁约束核聚变反应堆等能源领域。

[1]高温超导技术要素包括：强电领域（超导电线、超导电磁铁、超导加速腔）、弱电领域（超导计算机、超导滤波器）及其他领域（如超导屏蔽）。

[2] 指的是关键词在2012年后的专利文献中出现次数与2019年以后出现次数的比值，比值越接近1的关键词，则被认为是近期出现频率较高的关键词。

[3] 高温超导电磁铁体积更小、可产生更强磁场。

[4] 由于此次调查并不包括中国的尚未公开的项目信息，因此可能无法反应中国的实际情况。