▲ 한국재료연구원이 개발한 나노결정 리본 소재 기술 개요

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(원장 이정환)이 전기차에 탑재되는 전력변환장치의 전자파 간섭 노이즈를 제거하는 핵심 소재를 제조할 수 있는 기술을 개발해 국산화 및 가격 경쟁력 확보에 기여할 것으로 기대된다.

한국재료연구원(KIMS) 금속분말연구실 정재원 박사 연구팀이 고포화자화 및 고투자율 연자성 나노결정 리본 소재를 국산화할 수 있는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

개발한 기술은 기존 소재 대비 포화자화를 약 30% 이상 높이면서도 이와 동등한 수준의 투자율 특성을 나타내는 초박형 연자성 소재 제조 기술이다.

초박형 나노결정 합금 리본 소재는 전기차에 탑재되는 전력변환장치의 EMI 노이즈 제거를 위한 핵심 소재지만 국내에서는 해당 제조할 수 있는 기술과 산업기반이 전혀 없다.

1988년 일본에서 최초로 개발해 상용화한 수입 소재 또한 기존 개발 합금에 의존해 낮은 포화자화 특성을 가져 향후 부품의 소형화 수요에 대응하기 어렵다.

소형화를 위해서는 포화자화가 기존 상용소재보다 높아야 하지만, 이를 위해 철 함량을 높이게 되면 재료의 비정질 형성능이 낮아져 손실이 높아진다. 이에 고포화자화 특성과 고투자율 특성을 동시에 높이는 것은 그동안 기술적 난제로 여겨져 왔다.

정 박사 연구팀은 기존 합금 소재의 철 함량을 높이며 이종 전이금속을 동시에 첨가해 합금 내 확산 속도를 제어했다. 10~20 나노미터(㎚) 수준의 나노결정을 구현하는 데 성공했으며, 기존 소재 대비 포화자화를 30% 이상 높이면서 동등 수준의 투자율 특성을 갖는 초박형 연자성 소재 제조 기술을 개발했다.

개발된 소재는 기존 나노결정 리본 합금에 필수적으로 함유됐던 니오븀(Nb)과 같은 고비용 원소의 함량을 30% 이상 저감해 제조 단가의 절감이 가능하다.

전기차용 나노결정 리본 소재의 국내 시장규모는 2021년 기준 연간 20억 원 수준이다. 전기차 시장의 급성장으로 2025년 연간 225억 원 규모가 될 것으로 예측된다. 하지만 국내 기술 및 제조 인프라의 부족으로 이를 전량 해외로부터 수입하고 있어 본 기술 개발을 통해 국산화에 성공하게 되면 수입 대체와 수출 또한 가능할 것으로 전망된다.

전 세계 연간 자동차 판매량은 8,000만 대 수준으로 향후 기존 내연기관에서 전기차로의 전환이 완전히 이뤄지게 되면, 전기차용 나노결정 합금 리본 소재 시장은 연간 1.5조 원에 달할 것으로 예상된다.

연구책임자인 정재원 선임연구원은 “본 기술이 상용화되면, 나노결정 리본 소재의 국산화가 가능해 해당 소재를 필수로 활용하는 전기차 전력변환장치 생산기업의 수입 의존도 해소에 많이 기여하고 가격 경쟁력 확보도 가능 할 것으로 기대된다.”라고 말했다.

한편, 본 연구성과는 과학기술정보통신부 소재혁신선도프로젝트 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구팀은 현재 개발한 소재와 제조 기술을 관련 기업에 기술이전하고, 양산화를 지원하며 국내 리본 제조산업 구축과 소재의 국산화를 목표로 연구하고 있다.

연구팀은 양산화가 이뤄질 경우, 2025년 연 1,500톤의 리본 생산으로 약 200억 원의 매출을 올릴 것으로 예측하고 있다.