G.Bednorz及A.Mler於1986年發現高溫超電導(超導體)，雖然該技術受到高度矚目，卻遲遲未能進入實用化階段。然而最近，歸功於鉍(Bismuth, Bi)系線材的量產技術以及加工技術已達成熟階段，該技術迅速邁向實用化。
2004年9月24日，日本液晶顯示面板大廠夏普的龜山新銳工廠因大雷導致瞬間電力輸送系統中斷，但該工廠內的生產線卻依然能夠維持運作，不致延誤交貨行程，其主要的原因乃是該工廠導入超導磁性儲能(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES)系統(圖1)，而避開此危機。
想到再生能源，大多會聯想到水力、火力、風力發電和太陽光能發電等自然現象的運用，然而，靠天吃飯總有風險，額外的電力儲存方式就有其必要性。而SMES 就是在打雷或是天然災害造成電力系統的電壓不足之際，可以立刻將儲藏於超電導體線圈上的電氣能量拿來作為電壓補償的系統裝置(圖2)。
過去，許多工廠為應付瞬間停電的狀況，往往導入龐大體積鉛蓄電池或是鈉硫磺(NaS)電池。然而，SMES的體積小，又可以穩定動作30年，從上述的龜山工廠案例，也確實驗證SMES實用化的環境可行，不僅如此，運用超導體的產品也陸續發表，例如線性發動機牽引列車(Linear Motor Car)、鐵路用變壓器及輸送電線等，超導體的工業應用逐漸展開。
簡單來說，超導體就是電阻質為零的導體，一般的導體多有電阻存在，所以當電流流過時，電能會產生耗損而變成熱能，換句話說，以超導體作為電流的傳播媒介時，若在其內引發電流，由於無電阻，則電流可以持續流轉，不會因熱效應而衰減，此電流稱為超導電流。
當超導體處於臨界溫度(Critical Temperature，Tc)以下時會具有超導現象(圖3)，超導現象通常是指零電阻和反磁性等物理特徵。零電阻即指電流流通時沒有阻力的現象，也就是產生永久電流(Persistent Current)，但在超導體內引發的電流也有其上限，稱臨界電流，超過此上限，超導狀態立即消失；而反磁性是指將超導體放入磁場中，會將其內部的磁場完全排除，其內部磁通量(Magnetic Flux)保持為零。因此，若將一超導體放在一個普通的磁體上方，則會因排斥作用而懸浮在空中(圖4)。
超導材料產業成形
歐美日先進國家認為，發展高溫超導技術是電力行業在21世紀國際高技術競爭中保持尖端優勢的關鍵之一，各國政府和相關部門已經或正在積極推進高溫超導電纜的實用化和商品化工作。誠如前面所提，超導是指在一定溫度下物質電阻突然消失的現象，這一特定溫度被稱為臨界轉變溫度，具備超導電性的材料就稱為超導材料。
在1986年以前，超導材料的臨界轉變溫度不超過絕對溫度十幾K，這種超導材料一般須在昂貴的液態氦(He)環境中工作，而液態氦溫度為4.2K，因而被稱為低溫超導體。低溫超導體的工作溫度低、冷卻器及保溫設備的製冷費用昂貴且不方便，故其應用長期以來得不到大規模發展。到了90年代中期，以美國超導公司(American Superconductor Corp., ASC)和丹麥的北歐超導技術公司(NST)為代表的一些企業，在高溫超導線材生產技術方面獲得突破，並逐漸形成規模生產能力，高溫超導材料在電力工業的產業化工作雛型遂建立。
由此也能夠說明為何到目前為止超導體的應用大多是採用Nb-Ti系列合金的低溫超導體，並局限應用於核磁場共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)裝置、核磁共振攝影(Magnetic Resonance Imaging, MRI)裝置(圖5)及加速器等部分高磁場的用途上。
Bi/Y系線材紛紛出籠
隨後，Bi系線材(圖6)的量產技術及加工技術日漸成熟，利用超導體取代使用銅線的機會悄悄來臨，日商住友電氣工業在2004年設置一次可以製造 1,000公尺線材的裝置。Bi系線材在工業應用上的流通被視為超導體產品研究開發的觸媒，知名的石川島播磨重工業公司(IHI)就出資與其他公司、大學共同成立研究團隊，在2005年發表使用Bi系高溫超導體線材供船舶用途的馬達，而受到關注。
以高極線材連接線聞名的古河電氣工業也與住友電氣共同參與超導體連接線的驗證作業，目前在市面上，愛好音響的消費者也的確可以買到超導體的連接線，但價格極高，這也是Bi系高溫超導體線材的缺點之一，此外，不能耐大的磁場也是一大問題。因此，先進科學家已經開始努力尋找新世代更低化的材料，如釔 (Yttrium, Y)系高溫超導體線材即為選擇之一。2005年8月美商SuperPower社發表22055A．m(107安培×207公尺)的成果，而日本超電導工學研究所(ISTEC)則於2005年底製作YBCO線材，其液態氮溫度臨界電流值245安培，長度212公尺，也就是51940A．m(圖7)的高性能，美日較勁意味濃厚。
線材尺寸小型化
對於機器裝置設計者來說，小型化系統設計乃是超導體最大的誘因之一，超導現象能夠產生比傳統磁鐵多數十倍的磁場，因此運用於輸電線、馬達、線圈和變壓器等場合，線材長度可以大幅度縮短，也可以更細，此特徵對於大型機器的製造商特別有吸引力。就舉IHI所開發的超導體馬達為例，該產品使用幅度4毫米、厚度 0.2毫米的線材，可以流經100安培，約是傳統電導線圈的好多倍。若是要實現5,000千瓦(kW)的超導體馬達，外型就可以控制在直徑2毫米、深度 1.35公尺的程度，約是使用傳統銅線的十分之一容積。
同樣的道理，SMES僅須使用外徑0.7公尺、高0.6公尺的超導體線圈4個，流經2.7千安培的電流、5.3T的磁場，就能夠貯藏5MJ的電氣能量，並在一秒鐘間放電5,000千瓦的電力輸出。因此，SMES運用於1萬千瓦等級的電壓補償系統，比起採用充電電池的場合，設置面積至少十分之一以下。
當運用於輸送電線時，效果更是卓越，當輸送電量為500毫瓦的場合使用超導體的輸送電線數量，就可以從傳統6線的銅線降低到3條線。
Bi系線材面臨大磁場問題
前面已提到傳統Nb-Ti低溫超導線材的場合使用液態氦，且4.2K的冷卻器與保溫設備昂貴。若轉移到Bi系高溫超導體線材，液態氮的臨界溫度77K，系統設備比較簡易化，有利於量產體制。而且，在系統安定性方面，超導體內部只要有部分地方溫度急速上升，就會破壞超導狀態，也就是焠息(Quench)現象，這點在高溫超導體方面，也較容易控制。
不過，Bi系高溫超導體線材也有其弱點，如以液態氮的溫度來實現，無法產生大的磁場，若是將Bi系高溫超導體線材用液態氮的最低溫度66K，曝露在1T以上的磁場時，會破壞超導狀態。因此，過去才運用於毋需磁場的輸送電線用途上。至於，為何可以實現需要大磁場的馬達上，因IHI的設計團隊在超導體線圈的中心配置鐵心，因此流經線材而產生出的磁場會集中於鐵心，可以抑制關係到線材的磁場在0.2T以下，用鐵心來獲得必要的磁場。
高溫超導電纜取代一般電纜
既然帶動Bi系高溫超導體線材的機運乃在於輸送電之高溫超導電纜，若是線材的量產技術更為完備，也許可以取代部分的銅線電纜。高溫超導電纜是高溫超導技術的重要應用之一，它集成超導材料、低溫製冷、電力工程及電纜等多種學科技術，其附件一般由製冷系統和電纜終端兩個部分所組成。製冷系統就是要產生溫超導電纜需要的低溫工作環境，一般為液態氮溫區，所以必須配備相應的製冷系統，電纜的製冷系統通常由製冷機組、液氮泵和液氮儲罐等部分組成，而電纜終端則是超導電纜和外部其他電氣設備之間相互連接的埠，也是電纜冷卻介質和製冷設備的連接埠。
若拿高溫超導電纜與一般常規的電纜相比，高溫超導電纜在輸送電具有幾個優勢，第一，送電的損耗可以降低，高溫超導電纜的導體損耗不足常規電纜的十分之一，加上製冷的能量損耗，其運行總損耗也僅為常規電纜的一半；第二，容量大，同樣截面的高溫超導電纜的電流輸送能力是常規電纜的數倍；第三，節約材料，同樣傳輸能力的高溫超導電纜與常規電纜相比，使用較少的金屬和絕緣材料。
降低成本 Y系線材勝出
使用超導電纜可降低對超高壓線路的依賴，還記得紐約大停電嗎？超導電纜市場顯然會在電力老化的美國，還有電力需求顯著的韓國、中國與印度等地。然目前該技術還面臨兩個問題，第一個問題當然就是生產，成本務必要下降到合理的水平。
成本的降低與生產技術以及良率有相當密切的關係，以住友電氣為例，其採用加壓燒成法，在300氣壓下，讓長度1公里以上線材的氧化均勻一致化，也就是同時控制壓力、溫度與氧氣濃度的燒成爐。不過，Bi系高溫超導體線材，由於含大量的銀(Ag)，因此，成本有其界限，這也是為何開始將目標轉向Y系線材(圖 8)的主因，Y系線材的磁場比Bi系線材擁有更強的磁場特徵，在強大的磁場中，流過大電流，所以適合用於SMES或磁鐵的用途上。
依據美國能源部(Department of Energy, DOE)的計算，在量產技術成熟的條件下，Y系線材的製造費用約是Bi系線材的五分之一(圖9)。而Y系線材實用化之所以遲於Bi系線材的發展，可歸因於 Y系超導體結晶的特殊性，一般而言，在作高溫超導體線材時，結晶粒的方向配向性要一致，Bi系線材是將Bi系粉末之材料塞進銀的管線然後壓縮，配向簡單，而Y系線材以機械加工方式根本很難將結晶粒的配向性作好，往往是在鎳(Ni)合金基板上積層一個使結晶粒方向一致的中間層，而中間層的物質材料的格子定數、熱膨脹係數等多與超導體層相等。可知，這個中間層的形成法就成為關鍵，中間層的形成法通常有離子束輔助蒸著法(Ion Beam Assisted Deposition, IBAD)以及塗布燒成法等方式。
IBAD乃是知名線材製造商Fujikura於1992年所開發，當中間層材料在基板上真空蒸著之際，以氬(Ar)離子從橫的方向對結晶擲出，使得蒸著的結晶方向一致。此種方法所製造出來的結晶方向，偏差低於5度。但是，需要昂貴的真空工程設備，況且蒸著的速度也是個問題。後者的方式，雖然簡單，但是中間層的品質低於IBAD方式，難怪日本獨立法人新能源總合開發機構NEDO會分別用高品質技術與低成本技術來區別。
專利問題帶動開發新的替代材料
而另外一個致命的問題，即專利問題，Y系超導體相關的專利幾乎多為美商所有。1986年，Y系超導體材料最初在美國被發現，爾後的物質專利或是生產方法的專利就掌控在美商，雖然在Y系超導體材料邁入實用化時，多數專利會因過期而失去效用，但過去太多的案例顯示，潛伏於水面下的潛水艇專利才正是可怕之處。因擔心此問題，不少廠商遂致力於開發新的替代材料。
若是從市場面展望超導技術的未來，超導體技術的應用領域能夠跨及能源、醫療、輸送與電子領域，值得關注。同時，超導技術是21世紀具有戰略意義的新技術，在能源、資訊、交通、科學儀器、醫療技術、國防及重大科學工程等方面相當重要，美國能源部認為，超導電力技術將是21世紀電力工業中唯一的高儲備技術，似乎有點道理。