한국재료연구원 금속분말연구실 정재원 박사 연구팀이 전기차 전력변환장치에 쓰이는 고포화자화 및 고투자율 연자성 나노결정 리본 소재의 국산화 기술 개발에 성공했다.
기존 소재 보다 포화자화를 약 30% 이상 높이고 투자율 특성은 그대로 유지하는 초박형 연자성 소재 제조 기술이다.
상용화할 경우 현재 전량 수입에 의존하는 나노결정 리본 소재의 국산화를 통해 전기차 전력변환장치 생산기업의 수입 의존도 해소에 큰 도움이 될 것으로 보인다.
포화자화는 자화 세기의 최대치를, 투자율은 외부 자기장에 반응해 물질이 자기화되는 정도다.
초박형 나노결정 합금 리본 소재는 전기차 전력변환장치의 EMI 노이즈를 제거하는 EMI필터의 핵심 소재이다.
나노결정 소재의 포화자화를 높이면 같은 면적에서 더 높은 자력을 낼 수 있어 노이즈 필터 부품의 소형화가 가능해지고, 전력변환 효율도 높아져 전기차 주행 거리를 늘일 수 있다.
문제는 소재의 포화자화를 높이려 철 함량을 늘이면 재료의 비정질 형성능이 낮아져 초기 비정질 리본 구현이 되지 않는다.
고포화자화 특성과 고투자율 특성을 동시에 높이는 것이 기술적 난제인 이유다.
연구팀은 기존 합금 소재의 철 함량을 높이며 이종 전이금속을 동시에 첨가해 합금 내 확산 속도를 제어해 10-20㎚ 수준의 나노결정을 구현했다.
기존 소재보다 포화자화를 30% 이상 높이면서 동등 수준의 투자율 특성을 갖는 초박형 연자성 소재 제조 기술도 개발했다.
이 소재는 기존 나노결정 리본 합금에 필수적으로 함유됐던 니오븀(Nb) 같은 고비용 원소의 함량을 30% 이상 저감해 제조 단가도 절감했다.
한편 전기차용 나노결정 리본 소재의 국내 시장규모는 2021년 기준 연간 20억 원 수준이나 전기차 시장의 급성장으로 2025년에는 연간 225억 원 규모가 될 것으로 예측되고 있다.
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