경희대학교 응용물리학과 이종수 교수 연구팀이 수소 저장 기능과 초전도 특성을 동시에 구현한 고성능 금속 초전도체를 개발했다. 초전도 소재에 수소 저장이라는 기능을 결합한 사례로, 수소 기반 에너지 시스템과 차세대 초전도 기술을 연결하는 연구 성과로 평가된다.
연구 결과는 소재 분야 국제 학술지 ‘Advanced Functional Materials(IF=19)’에 게재됐다. 이번 논문의 주저자는 라마툴 히다야티 박사이며, 김진희 연구교수가 공동 연구자로 참여했다.
초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 사라지는 물질로, 전력 손실 없는 전송이 가능하다. 초전도 자석, 자기부상열차, 의료 영상 장비(MRI), 핵융합 장치, 초전도 에너지 저장장치(SMES) 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 다만 기존 금속 기반 초전도체는 극저온 유지 비용과 기계적 내구성 한계로 실증 및 상용화 확대에 제약이 있다는 지적이 꾸준히 제기돼 왔다.
연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 ‘고엔트로피 합금(high-entropy alloy)’ 개념을 적용했다. 여러 금속 원소를 균일하게 혼합해 단순한 결정 구조를 유지하면서도 높은 강도와 안정성을 확보하는 방식이다. 이번에 개발된 초전도체는 일반 스테인리스강과 비교해 약 6배 높은 기계적 강도를 기록했고, 수소 환경에서도 취성이나 부식이 크게 발생하지 않는 것으로 확인됐다.
주목할 부분은 수소 저장 성능이다. 연구팀에 따르면 해당 초전도체는 질량 대비 약 3.8 wt% 수준의 수소를 저장할 수 있다. 이는 수소화물을 제외한 금속 기반 수소 저장 소재 가운데 최고 수준에 해당하는 수치다. 일반적으로 금속이 수소를 흡수하면 구조가 약해지는 문제가 발생하지만, 이번 소재는 기계적 강도와 내취수성을 유지한 상태에서 수소 저장이 가능했다는 점에서 기술적 차별성이 드러난다.
연구팀은 이 소재가 초전도 기능과 함께 수소 저장 및 냉각 매체 역할까지 수행할 수 있다는 점에 주목하고 있다. 초전도체가 요구하는 극저온 환경과 수소 저장 시스템을 하나의 소재 플랫폼으로 통합할 수 있는 가능성을 열었다는 설명이다. 다만 실제 산업 적용을 위해서는 저장·방출 속도, 반복 사용에 따른 성능 변화, 시스템 단위 실증 등 추가 검증이 필요하다.
이종수 교수는 “초전도체의 에너지 전달 특성에 수소 저장과 냉매 역할을 결합한 소재”라며 “수소경제 시대를 고려한 새로운 초전도 소재 방향을 제시한 연구”라고 설명했다. 이어 “향후 수소 기반 에너지 인프라와 초전도 기술이 결합되는 다양한 응용 분야로 확장 가능성을 검토하고 있다”고 말했다.
이번 연구는 산업통상자원부가 지원하는 알키미스트 프로젝트의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 기초 연구 단계에 머물러 있지만, 수소경제와 초전도 기술을 하나의 소재 관점에서 연결했다는 점에서 학계와 산업계의 추가 검증과 후속 연구로 이어질지 주목된다.
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