【브레이크뉴스 대구】이성현 기자=DGIST(총장 이건우) 나노기술연구부 김동환·김정민 공동연구팀이 기존 한계를 극복한 새로운 영구자석 제조 공정을 개발했다. 이번 기술은 자석 성능 향상에 핵심인 ‘확산 기술’을 혁신적으로 개선해, 전기자동차, 풍력 발전기, 로봇 등 다양한 친환경 산업 분야에 활용 가능성을 열었다.

▲ 두 자석의 미세구조와 보자력 비교  © DGIST

최근 전기차와 풍력 발전 산업의 급성장으로, 강력하면서도 고온 환경에서 안정적으로 작동할 수 있는 영구자석 수요가 크게 늘고 있다. 대표적인 고성능 자석인 네오디뮴(Nd-Fe-B) 영구자석은 전기차 모터에 주로 쓰이지만, 고온에서 자기 성능이 떨어지는 문제가 있다. 이를 보완하기 위해 희귀 원소인 중희토류(Tb, Dy)를 첨가해야 하지만, 희귀하고 가격이 높아 활용에 제약이 있었다.

기존에는 자석 표면에만 중희토류를 침투시키는 입계확산 공정이 널리 사용됐으나, 두꺼운 자석에는 깊게 확산되지 않아 적용이 어려웠다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 방전 플라즈마 소결 기술과 입계확산 공정을 결합했다. 자석을 분말 상태에서 확산 물질과 미리 혼합해 제조함으로써, 자석 전체에 균일하게 확산이 일어나도록 한 것이다. 그 결과 기존보다 깊은 확산과 자석 전체가 균일하게 성능을 발휘하는 코어-쉘(core-shell) 구조를 구현했다.

동일한 희토류 양으로도 확산 효율과 자석 성능이 크게 향상돼, 자석을 더 작고 가볍게 제작하면서도 강력한 성능을 유지할 수 있다. 이는 전기차 모터의 소형화·경량화와 에너지 효율 개선에 기여할 전망이며, 대형 자석에도 입계확산 공정을 적용할 가능성을 열었다.

김동환 책임연구원은 “이번 연구는 자석 전체에서 균일한 성능을 낼 수 있는 새로운 방법을 제시했다”며 “전기차와 풍력 등 친환경 에너지 산업에서 요구되는 고성능 영구자석 개발에 중요한 기여를 할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 DGIST 기관고유사업, 경북대 탄소중립 지능형 에너지시스템 지역혁신 선도연구센터, 성림첨단산업(주)의 지원으로 수행됐으며, 국내 특허 등록과 미국 출원과 함께 국제 학술지 Journal of Alloys and Compounds에 게재됐다.

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

DGIST Develops Innovative Manufacturing Technology for High-Performance Permanent Magnets for Electric Vehicles

A joint research team led by Kim Dong-hwan and Kim Jeong-min of the Department of Nanotechnology at DGIST (President Lee Kun-woo) has developed a new permanent magnet manufacturing process that overcomes existing limitations. This technology innovatively improves the "diffusion technology," a key element in enhancing magnet performance, opening up potential applications in diverse eco-friendly industries such as electric vehicles, wind turbines, and robotics.

With the recent rapid growth of the electric vehicle and wind power industries, demand for permanent magnets that are powerful yet stable in high-temperature environments has increased significantly. Neodymium (Nd-Fe-B), a representative high-performance magnet, is primarily used in electric vehicle motors, but suffers from deteriorating magnetic performance at high temperatures. To compensate for this, rare elements like heavy rare earth elements (Tb, Dy) must be added, but their scarcity and high price have limited their application.

Previously, the grain boundary diffusion process, which infiltrates heavy rare earth elements only on the surface of the magnet, was widely used. However, its application in thick magnets was limited because it did not diffuse deeply.

To address this issue, the research team combined discharge plasma sintering technology with a grain boundary diffusion process. By pre-mixing the magnet with the diffusion agent in a powder form, they ensured uniform diffusion throughout the magnet. This resulted in a core-shell structure that achieves deeper diffusion and uniform performance throughout the magnet.

Even with the same amount of rare earth elements, diffusion efficiency and magnet performance were significantly improved, enabling smaller, lighter magnets while maintaining powerful performance. This is expected to contribute to the miniaturization and weight reduction of electric vehicle motors and improved energy efficiency, and opens up the possibility of applying the grain boundary diffusion process to large magnets.

Principal Researcher Kim Dong-hwan stated, "This research presents a new method for achieving uniform performance throughout the magnet. It will make a significant contribution to the development of high-performance permanent magnets required in eco-friendly energy industries such as electric vehicles and wind power."

This research was conducted with the support of DGIST's Institutional Project, Kyungpook National University's Carbon Neutral Intelligent Energy System Regional Innovation Leading Research Center, and Seonglim Advanced Industry Co., Ltd., and was published in the international academic journal Journal of Alloys and Compounds along with domestic patent registration and US application.