▲ `나노코리아 2022`에 참가한 국가핵심소재연구단 부스 전경

국가핵심소재연구단(KMRC)이 7월 6~8일까지 3일 동안 일산 킨텍스에서 열린 ‘나노코리아 2022’에 참가해 국내 기술로 연구개발하고 있는 수소연료전지, 스마트펌프, 전력반도체 등 첨단 소재 및 기술들을 전시했다.

국가핵심소재연구단(KMRC)은 일본 수출규제를 계기로 반도체, 에너지, 자동차 등 국가 주력산업분야의 소재·부품·장비 핵심품목의 독자기술 확보를 통한 국산화 추진과 공급망 대체를 위한 기초 및 원천 기술 연구개발을 수행하고 있다.

▲ 수소연료전지소재 연구단이 소개한 ‘내구성이 향상된 고분자 연료전지 스택’ 기술

이번 전시회에서 수소연료전지소재 연구단(한국에너지기술연구원 박구곤 박사)은 초음파 스프레이를 이용한 복합형 전해질막 제조 기술과 고내구성 카본계 담지체 기초소재 기술을 확보해‘내구성이 향상된 고분자 연료전지 스택’개발을 위한 기술을 소개했다.

연구개발 이전에는 수소연료전지의 핵심 소재 및 부품인 이오너머·전해질막·아세틸렌 블랙 카본 소재 등을 일본에서 전량 수입했었다. 이번에 수소연료전지소재 연구단이 불소계 이오노머 합성 및 개질 지자체 적용 복합 전해질막 기반 기술을 확보해 내년 시작품을 확보할 예정이다.

또한 올해는 탄성복합체 가스켓 원천소재 기술 확보와 국산 EPDM 적용 가스켓 설계·제작 및 상용화를 완료해 이를 통한 매출이 발생할 것으로 기대된다. 확보된 기술은 수소전기차 뿐만이 아니라 중대형 모빌리티(건설기계·선박·트램 등), 건물/발전용 분산전원 등에 활용할 수 있다.

▲ GO전력반도체 연구단이 개발한 산화갈륨 에피소재 및 전력반도체 소자

GO전력반도체 연구단(한국전자통신연구원 문재경 박사)은 ‘수kV급 고효율 초소형 전력반도체 핵심 소재 기술’을 선보였다. 연구단은 기존 전력반도체보다 더 작고 고전압에도 견디는 산화갈륨을 활용했다.

그동안 산화갈륨 소재, 전력반도체 소자, 인버터의 대일 의존도가 80~100% 수준이었다. 연구단은 2/4인치 HVPE(수소화기상성장법)기반 산화갈륨 성장 및 공정 기술, MOCVD(유기금속화학증착) 에피 성장 및 도핑 기술 등을 통한 산화갈륨 에피소재 및 전력반도체 기술을 개발했다.

현재 산화갈륨 소재 및 전력반도체 소자 국산화를 시작했으며, 올해 2월 산화갈륨 에피소재를 일본에 역수출하기 시작했다.

스마트펌프 첨단소재 연구단(한국표준과학연구원 강상우 박사)은 ‘고내구성 금속복합재료 및 소형 건식진공펌프’를 선보였다. 첨단 산업에 사용하는 건식진공펌프는 반도체, 디스플레이, LED 및 태양 전지, 의약품 등 제고공정에 사용되며, 수입 비중이 90%가 넘는다.

연구단은 펌프의 속도 및 성능을 2배 향상시키고 소형화를 개발을 목표로해 로터 소재 전량 수입을 국산제품으로 대체하기 위한 연구를 하고 있다. 고속으로 회전하는 펌프가 고장 없이 작동하기 위해서는 베어링의 내구성이 중요하다. 베어링도 해외 의존도가 70% 수준이라연구단은 베어링의 국산화도 개발 중이다

연구단은 현재 계면 특성 제어를 통한 경량 고강도 세라믹-금속 융복합 소재를 개발했으며, 이는 탄성계수, 내부식, 내마모 특성을 보유했다. 또한 연구단은 기존 철강소재 대비 20%이상 가볍고 우수한 경600L/min급 소형 건신진공펌프 시작품을 제작했다. 일본산 대비 부피 70%, 무게 67% 수준으로 소형화 했고, 배기속도도 10% 향상됐다.

한편, 국가핵심소재연구단은 2019년 5개의 연구단을 시작으로 2022년 현재 총 63개의 연구단이 연구개발을 수행 중이며, 국가필수전략기술의 기반 기술인 나노 및 소재 기술의 경쟁력 강화와 공급망 위기 극복을 목표로 2025년까지 총 100개의 국가핵심소재연구단이 선정될 예정이다.