고려대학교 공과대학 신소재공학부 이해근 교수 연구진은 최근 벤처기업 K-Joins(주)와 함께 세계 최초로 2세대 고온초전도 선재 간의 저항 없는 초전도 접합기술 개발에 성공하여 전 세계적으로 주목을 받고 있다.

현재 천연자원의 급격한 고갈과 화석연료 사용으로부터 대두된 환경오염과 같은 다양한 문제점들을 해결하기 위하여 대체 에너지원 개발 및 친환경 시스템 개발에 많은 노력을 기울이고 있는 가운데, 초전도 마그넷(superconducting magnet) 응용기술은 전력기기의 소형화 및 대용량화, 고성능화 및 고부가가치화와 동시에 에너지 고갈과 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술로 전 세계적으로 각광 받고 있다. 특히, 뛰어난 성능을 지닌 2세대 고온초전도체를 이용한 NMR/MRI, 에너지저장장치(SMES) 같은 초전도 응용기기의 영구전류모드 운전을 위해서는 초전도체 층간의 접합기술이 필수 불가결한 상황이었다.

본 초전도 접합기술의 핵심요소는 기판부, 완충층, 초전도체층 및 안정화재층 등의 다층박박형으로 구성되어 있는 2세대 고온초전도 선재의 2가닥에서 안정화재 층을 화학적 에칭방법으로 제거한 후 세라믹스 박막인 초전도체 층끼리 직접 맞댄 후, 감압된 산소분압 하에서 용융확산을 통하여 초전도체 층끼리의 부분용융 및 확산접합을 수행하고, 가압된 산화분위기에서 추가 열처리를 통하여 초전도성을 회복시키는 것이다.

본 기술은 2세대 고온초전도 선재간의 접합 기술로, K-Joins(주)에서 제작한 특수 감압 및 가압 열처리로를 이용하여 본 초전도 접합 기술의 가능성을 실현에 옮길 수 있었다. 세계 최초로 고온초전도 접합기술이 개발됨으로 인하여 그 동안 2세대 고온초전도 선재를 접합하는데 있어 저항이 발생하여 응용기기에 적용하는데 제한 적이었던 기존의 문제점을 해결하게 되어 궁극적으로는 영구전류모드를 실현 가능하게 함으로써 ‘고온초전도 응용기기를 위한 꿈의 기술’로 초전도 응용기기 연구에 새로운 장을 열 것으로 기대되고 있다.

또한 향후 2세대 고온초전도 응용기기의 영구전류모드 운전에 있어서 필수적인 저항이 제로인 초전도 접합기술 분야를 선점함으로 인한 막대한 사회적·경제적 이익이 얻을 수 있을 수 있은 뿐 아니라, NMR/MRI시장과 같은 기존의 저온초전도 마그넷 시장을 고온초전도 시장으로 바꿀 수 있는 변화의 패러다임을 가져올 것으로 기대하고 있다. 본 기술의 원천특허들은 이미 K-joins(주)에 기술이전하고 현재 실용화 및 사업화 과정에 있다.

본 연구결과는 세계 최고 권위의 학술지인 Nature 자매지인 <NPG Asia Materials> (2013년 기준 영향력지수(IF) 9.042)의 온라인판에 5월 9일 게재됐다.* 논문명: A superconducting joint for GdBa2Cu3O7d-coated conductors