경희대학교는 이종수 응용물리학과 교수 연구팀이 수소 저장 기능과 초전도 특성을 동시에 구현한 초고강도 금속 초전도체를 개발했다고 5일 밝혔다.
초전도체는 전기 저항이 '0'이 되는 물질로, 한 번 흐른 전류가 손실 없이 유지되는 특성을 지닌다. 이는 인해 손실 없는 전력 전송을 비롯해 초전도 자석, 초전도 에너지 저장장치(SMES), 자기부상열차, 자기공명영상(MRI), 핵융합 장치 등 에너지·의료·교통 분야 전반에서 핵심 소재로 활용되고 있다. 다만 기존 금속 기반 초전도체는 극저온 환경 유지 부담과 기계적 내구성 한계로 응용 범위 확대에 제약이 있었다.
연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 고엔트로피 합금(High-Entropy Alloy) 개념을 적용한 새로운 금속 초전도체를 설계했다. 여러 금속 원소를 균일하게 혼합한 구조를 통해 일반 스테인리스강 대비 약 6배 높은 기계적 강도를 확보했으며, 수소 환경에서도 부식이나 파손 없이 안정성을 유지하는 특성을 확인했다.
이번 연구의 가장 큰 특징은 초전도 기능에 수소 저장이라는 역할을 결합했다는 점이다. 새로 개발한 소재는 질량 대비 약 3.8% 수준의 수소 저장 능력을 보여, 수소화물을 제외한 금속 수소 저장 소재 가운데 세계 최고 수준으로 평가된다. 일반적으로 금속은 수소를 흡수하면 취성이 증가해 구조적 안정성이 저하되지만, 이 소재는 내취수성과 기계적 강도를 유지한 채 수소 저장이 가능해 기술적 완성도가 높다는 설명이다.
연구팀은 이런 특성을 바탕으로 이 소재가 대형화와 실용화에 유리한 차세대 초전도 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 보고 있다.
또 초전도 에너지 전달 시스템과 수소 저장·냉각 기능을 동시에 수행할 수 있어, 수소 기반 에너지 시스템과의 융합 가능성도 제시했다.
이종수 교수는 “초전도체의 에너지 전달 기술에 수소 저장과 냉매 기능을 결합함으로써 수소경제 시대에 적합한 새로운 초전도 소재의 가능성을 제시했다”라며 “향후 수소 기반 에너지 시스템과 초전도 기술이 융합된 다양한 응용 분야로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.
이 연구 결과는 소재 분야 국제 학술지 'Advanced Functional Materials'에 게재됐다.
용인=김동성 기자 estar@etnews.com
