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혁신적 비스무트계 고온 초전도선의 개발

전문가 제언: ○ 고온 초전도선재에는 La계, Y계, Bi계, Hg계, Tl계 등이 개발되어 왔으나 자장에 따른 임계전류, 자장의 영향, 기계적 취약성, 독성 등의 난제로 한때는 고온 초전도 선재가 개발 불가능한 과제라고까지 인식된 때가 있었다. 그 돌파구는 은 튜브를 외부 피복재료로 한 PIT(Powder In Tube)법과 대기압 소결법을 개발한 비스무트계(Bi계)에서 나타났다. Bi-2223상 주성분의 선재가 먼저 공업적 실용화 시험을 끝내가고 있다.

○ Bi계 고온 초전도선재는 1세대 고온 초전도선재라고 하여, 2세대 고온 초전도선재인 이트륨계(Y계)에 비해 옛날 재료로 간주되고 있다. Bi계 고온 초전도선재는 기계적 강도가 취약하고, 자장에 약해 교류 응용에는 3상의 구조가 필요하고, 장척에 한계가 있는 등의 단점이 있었다.

○ SEI사는 Bi계 고온 초전도선 제조에서 혁신적 가압 소성법을 개발하여 선재 속의 공동(pore)을 줄여 밀도를 거의 100%로 향상시켜, 임계전류를 120~150A로 약 30% 정도 올렸을 뿐만 아니라, 기계적 강도를 연동선과 견줄 수 있을 정도로 향상시켰다. 이 회사는 기존의 비스무트계 고온 초전도선에 비해 월등히 우수한 특성을 지닌 이것을 혁신적 비스무트계(DI-BSCCO) 고온 초전도선으로 명명하였다.

○ DI-BSCCO 선재에는 고임계전류형과 고강도형 등의 두 종류가 있다. 후자에 중점을 두어 제조나 시공 시에 초전도 전력케이블의 취급이 쉽도록 하였다. 단위 길이가 1,000~1,500m로 향상되었다. 고임계전류형의 경우 상온의 굽힘직경을 70mm에서 50mm로 향상시켰다.

○ 고임계전류형에서 최고 임계전류는 현재 200A이지만 Bi-2212상을 줄여 300A 이상이 가능하다고 전망된다. 가압 소성법에 의해 전력케이블 전압과 전류 관계의 n값 분포가 좁아져 운전전류의 향상이 가능해졌다.

○ 국내에서도 1980년대 중반부터 전력케이블사업의 전략품목으로 LS전선은 기초부터 개발해왔다. 현재 한국기계연구원과 한국전기연구원 등의 연구기관에서 Y계 박막 선재를 비롯한 연구를 활발히 수행 중에 있다.

저자: Takeshi Kato et al
자료유형: 학술정보