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초과압력 공정을 거친 은 쉬스 (Bi, Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox 선재

전문가 제언: ○ 고온 초전도체가 발견된 지 어언 20년이 되었다. 수많은 고온산화물 초전도체 중에서 임계온도와 임계전류밀도가 높고 선재/테이프 제조가 가능한 초전도체는 (Bi, Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox(Bi-2223)와 YBa2Cu3Ox(YBCO)뿐이다. 특히 Bi-2223은 ～km수준의 장선제조에 성공하여 1세대(1G) 선재로 불리며 상업적으로 생산된다. 미국의 AMSC와 일본의 Sumitomo Electric Ind.가 대표적인 제조원이다.

○ Bi-2223 선재의 제조는 이미 잘 확립된 PIT 방법을 이용하므로 제조상 기술적 장애는 없다. 문제는 Bi-2223 선재에 값 비싼 은(銀)을 쉬스로 사용하므로 구리나 알루미늄을 도체로 사용하는 현재의 전력기기와 비교할 때 초전도체의 우수성을 고려하더라도 가격 측면에서 경쟁이 안 된다. 미국, 일본, 유럽 등 선진국과 한국, 중국에서 Bi-2223 선재를 사용하여 전력케이블, 변압기, 모터 등 각종 전력기기의 개발을 경쟁적으로 추진하고 있으나 근본적으로 임계전류를 획기적으로 높여야 경제성이 있다.

○ 초과압력(OP) 공정으로 Jc를～40%정도 향상시키는 성과를 얻었으나 전반적으로 경쟁력을 갖기 위해서는 5～10배의 향상이 필요하다는 것이 전문가들의 의견이다. Bi-2223보다 Jc가 월등히 높은 YBCO 박막을 사용한 2세대(2G) 선재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으므로 2020년경에는 선재의 ㎞․A당 가격이 현재보다 10배 정도 싼 값에 고온 초전도 선재를 이용할 수 있을 전망이다.

○ OP 공정은 고온, 고압에서 수행되므로 특수시설이 필요하다. 그리고 Bi-2223 선재 제조방법은 이미 잘 확립되었으므로 세계적으로도 연구가 활발한 분야는 아니다. 국내에서는 이 분야의 연구를 하는 팀이 없는 것으로 알고 있다.

○ 한편 현재 사용되는 대표적인 저온 초전도체인 Nb3Sn이 발견된 지 45년이 지났으나 아직도 특성향상이 이뤄지는 것을 고려할 때 역사가 18년밖에 안된 Bi-2223 선재의 제조기술과 이에 따른 특성향상은 아직도 할 일이 많다고 판단된다.

저자: Hellstrom, EE; Yuan, Y; Jiang, J; Cai, XY; Larbalestier, DC; Huang, Y
자료유형: 학술정보