경희대 응용물리학과 이종수 교수 연구팀, 높은 기계적 강도와 내구성 담보한 초전도체 개발
경희대학교(총장 김진상) 응용물리학과 이종수 교수 연구팀(주저자 라마툴 히다야티 박사, 김진희 연구교수)이 수소 저장 기능과 초전도 특성을 동시에 구현한 초고강도 금속 초전도체를 개발했다고 밝혔다. 수소경제 시대에 적합한 차세대 초전도 소재 기술을 제시한 성과로, 소재 분야 국제 학술지 『Advanced Functional Materials(IF=19)』에 게재됐다.
초전도체는 전기 저항이 ‘0’이 되는 물질로, 한 번 흐른 전류가 손실 없이 유지된다. 이러한 특성으로 초전도체는 손실 없는 전력 전송을 비롯해 초전도 자석, 초전도 에너지 저장장치(SMES), 자기부상열차, MRI·핵융합 장치 등 미래 에너지·의료·교통 산업 전반에서 핵심 소재로 활용되고 있다. 다만 기존의 금속 기반 초전도체는 극저온 환경 유지와 소재 내구성 문제로 인해 응용 범위 확대에 한계가 있다.
이종수 교수 연구팀은 기존 한계를 극복하기 위해 고엔트로피 합금 개념을 적용한 새로운 금속 초전도체를 개발했다. 고엔트로피 합금은 여러 금속 원소를 균일하게 혼합한 구조로, 단순하면서도 높은 기계적 강도를 갖는다. 이번에 개발한 소재는 일반 스테인리스강 대비 약 6배 높은 강도를 보였으며, 수소 환경에서도 쉽게 부식되거나 파손되지 않았다.
이번 연구의 가장 큰 특징은 초전도 기능에 수소 저장이라는 새로운 역할을 결합했다는 점이다. 새로 개발한 초전도체는 질량 대비 약 3.8 wt% 수준의 수소를 저장할 수 있는데 이는 수소화물을 제외한 금속 수소 저장 소재로는 세계 최고 수준의 값이다. 일반적인 금속은 수소를 흡수하면 구조가 약해지는 문제가 발생하지만, 이번에 개발된 소재는 내취수성과 기계적 강도를 유지하면서도 수소 저장이 가능해 기술적 완성도가 높다. 이를 통해 대형화와 실용화 가능성이 높은 차세대 초전도 플랫폼으로 활용될 전망이다.
이종수 교수는 "초전도체가 가진 에너지 전달 기술에 수소 저장과 냉매 기능을 결합함으로써, 수소경제 시대에 적합한 새로운 초전도 소재의 가능성을 제시했다”며 “향후 수소 기반 에너지 시스템과 초전도 기술이 융합된 다양한 응용 분야로 확장될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구는 산업통상자원부 알키미스트 과제의 지원을 받아 수행됐다.
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