세계 최초 비희토류 Mn-Bi 영구자석 제조 기술 개발, 상용화 초읽기

한국재료연구원(KIMS) 연구진이 세계 최초로 희토류를 사용하지 않는 영구자석 제조기술을 개발했다.

한국재료연구원은 나노재료연구본부 박지훈, 김종우 박사 연구팀이 세계 최고 수준의 강력한 자석 성능을 발휘할 수 있는 차세대 비희토류 Mn-Bi(망간-비스무스) 영구자석 제조 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 이 기술은 현재 자석 제조기업 ㈜노바텍에 기술이전이 진행 중이며, 상용화가 이루어질 경우 비희토류 기반의 Mn-Bi 영구자석이 세계 최초로 산업에 적용되는 사례가 될 것으로 기대된다.

기존 영구자석 산업에서는 네오디뮴(Nd)과 같은 희토류 원소가 주요 재료로 사용되었다. 그러나 최근 중국의 희토류 공급 정책 변화와 가격 변동성으로 인해 희토류에 대한 의존도가 큰 문제로 떠오르면서, 대체 기술의 필요성이 커졌다. 이에 대해 비희토류인 Mn-Bi가 대체 소재로 주목받았지만, 기존에는 상용화에 어려움이 있었다.

Mn-Bi 분말이 강한 자성을 가지려면 고순도를 유지한 채 저온에서 소결하는 것이 중요하다. 그러나 기존 소결 공정에서는 고온에서 Mn-Bi가 산화되거나 상분해되어 순도가 낮아지고, 벌크화가 어려운 문제를 겪었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 고순도 단자구 크기의 Mn-Bi 분말을 대량 생산할 수 있는 새로운 공정을 개발했다. 또한, 새로운 저온 소결 기술을 통해 자석의 밀도를 95% 이상 높이며, 이를 통해 최대자기에너지적 10.5MGOe(메가-가우스-에르스테드)를 안정적으로 구현하였다.

이 기술은 특히 전기차 모터, 발전기, 반도체 부품 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있다. 또한 기존 페라이트(Ferrite) 자석을 사용하는 전동기를 소형화하고 효율을 높이는 데 기여할 수 있다. 공조기 등 실생활 및 산업에서 대량으로 사용되는 자석을 대체할 수 있다는 점에서 국내를 넘어 세계 시장에서도 큰 경제적 가치를 창출할 것으로 전망된다.

연구팀은 ㈜노바텍과 협력하여 준양산 규모의 장비를 구축하고, 대량 생산과 상용화를 위한 공정 최적화를 진행 중이다. 향후 지속적인 연구개발을 통해 최대자기에너지적 12MGOe 달성을 목표로 하고 있다.

박지훈 선임연구원은 “이번 연구를 통해 한국이 세계 최초로 Mn-Bi 영구자석의 상용화를 실현할 가능성을 확보했다”며, “이 기술이 성공적으로 상용화된다면 희토류 자석에 대한 의존도를 낮추고, 국내 기업이 글로벌 시장에서 경쟁력을 갖추는 데 큰 도움이 될 것”이라고 전했다.

이번 연구는 한국연구재단, 한국에너지기술평가원, 국가과학기술연구회의 지원을 받아 수행되었으며, 연구팀은 국내외 특허 출원 8건을 비롯해 다양한 연구성과를 계속해서 축적하고 있다.