在一些储能系统当中，特别是军事用途的储能系统，需要大容量、高功率、快速充电这样的性能。这种要求对于传统电源如电容器、锂电池等技术过于严苛，这些传统电源存在功率不够高、充电速度慢等问题，而开发高温超导磁场储能（SMES）技术则能提供有效的解决方案。SMES电源的典型放电时间在毫秒至秒的范围内，远远快于锂电池，与超级电容器相当，不过SMES的功率更高，可达MW量级以上。SMES技术与其他电源技术在功率和放电时间方面的对比图如图1.8所示。
图1.8 SMES技术与其他电源技术在功率和放电时间方面的对比图
SMES系统的核心结构是采用高温超导导线绕制线圈，工作时处于低温环境使线圈处于超导状态，因此没有内阻，成为一个纯电感系统。正是由于这一结构特点，使得SMES系统具有多项优点。首先，由于SMES线圈无内阻，因此在连续快速的工作过程中不会像传统电源那样出现发热现象，从而可以获得长得多的使用寿命。而且如前面所述，SMES技术在具有极大的储能容量的同时，可以做到快速放电，此外也具有快速充电的能力，因此其综合性能非常卓越。下面通过分析SMES的充电、储能和放电三个状态的物理机制[39]，可以对其综合性能的来源获得比较系统的了解。
在充电模式中，SMES系统内的电流I随时间线性增强，其斜率为U/L；在放电模式中，电流I随时间指数下降，时间常数为R/L。因此，在充电电源和放电负载一定的情况下，通过调整线圈的结构使电感L尽量降低，可以大幅度提高充电和放电的速率。同时，在L值很小的情况下，通过大幅度提高电流I值可以提高储能容量E（与I的二次方成正比）。具备极强的电流传输能力是高温超导导线的特点之一，相对于传统的铜导线，高温超导导线在液氮温度（77K）相同截面积上可以通过的电流在100倍以上，如果使用制冷剂进一步降低工作温度这一倍数将会更大。因此，利用高温超导导线可以传输极大的电流的特点，能够使SMES系统既具备快速充电和放电的能力，又具备非常大的储能容量，即SMES系统同时具备大容量、高功率、快速充电三个特点。(www.xing528.com)
目前，高温超导导线制备技术已经可以满足高性能SMES系统的绕制，其主要需要考虑的问题在于导线所受的应力。SMES系统需要具备巨大的能量密度，这对应着线圈内的强磁场，因此线圈中的超导导线会由于承载的大电流而受到很强的应力。根据估算，为了使SMES系统的单位质量能量达到6Wh/kg，导线所受到的应力约为300MPa。为了满足这一应力承受标准，在过去的SMES研究中，一般采用NbTi等低温超导导线来绕制线圈，其使用温度一般为液氦温度（4.2K），这很大程度上提高了制冷系统的难度和成本。高温超导导线由于可以在液氮温度（77K）下工作，相对于NbTi等低温超导导线具有明显优势，而且近年来国际上已经成功开发的YBCO（钇钡铜氧）高温超导导线由于使用具有优良机械性能的镍基合金基带，也已经能够满足这一应力标准（如使用Hastel-loy镍基合金基带的导线最大拉伸应力可达700MPa）。
因此，使用高温超导导线制造SMES系统目前已经具备了足够的可行性。美国空军重点支持了一个SMES项目，其目标是搭建机载激光炮的脉冲电源，该类型的SMES进一步增强容量将可以为飞机提供动力电源。美国Brookhaven国家实验室的研究表明，用YBCO高温超导导线绕制成的SMES可以满足以上机载激光炮对电源的要求。该实验室设计的SMES的储能量为30MJ，功率大于30MW，充电和放电时间可以缩短为1s左右，充放电寿命大于20万次，重量约为320kg（与同样容量的锂电池相当），其尺寸约为直径0.75m、高度0.25m[15]，如图1.9所示。目前我国也已经开展了多项包括军事用途在内的SMES研制项目。
图1.9 美国Brookhaven国家实验室设计的30MJ高温超导磁场储能（SMES） 设备的磁场仿真结果与外形尺寸，其线圈采用YBCO超导导线绕制
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