고유가 시대가 지속되면서 연비를 절약할 수 있는 하이브리드 자동차 수요가 늘고 있다. 하지만 하이브리드 자동차용 모터에는 디스프로슘과 네오딤 등 희소금속으로 만들어지는 자석이 사용돼 하이브리드 자동차의 가격을 높이는 요인으로 작용하고 있다.
최근 일본 물질·재료연구기구(NIMS)는 보다 저렴한 비용으로 하이브리드 자동차의 구동모터를 만들 수 있는 자석화합물 개발에 성공했다. 기존에 사용되던 네오딤 자석보다 적은 희소금속 농도로 우수한 자기 특성을 지닌 신규 자석 화합물 NdFe12Nx다.
네오딤 자석은 1982년 일본에서 발명됐으며 일명 ‘세계 최강의 자석’으로 불린다. 네오딤2와 철14, 붕소1의 비율로 이뤄지는 자석화합물(Nd2Fe14B)을 주성분으로 하며 자성이 매우 우수하다. 하이브리드 자동차용 모터에는 이 네오딤 자석에 디스프로슘이라는 희귀 희토류 원소가 8%정도 포함된 자석이 사용된다.
연구진이 합성에 성공한 신규 자석 화합물은 디스프로슘을 사용하지 않더라도 우수한 자석 특성을 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 고유 물성치를 측정한 결과, 최강의 자석을 뛰어넘는 자기 특성을 지니는 것이 확인됐기 때문이다. 자기 특성을 수치화한 이방성 자계(약 9테슬라)와 자성의 한계치인 포화 자화(5% 오차로 1.66테슬라)가 모두 실온 상태에서 기존 자석 보다 높다는 설명이다.
네오딤의 질량비 역시 기존 자석(27%)보다 적은 17%에 불과해 희소금속 사용을 대폭 저감할 수 있다. 제작과정에 고가의 붕소도 필요하지 않아 자원적, 가격적으로 매우 유리한 화합물로 평가받고 있다.
하이브리드 자동차는 일반 자동차에 비해 상대적으로 높은 가격대로 인해 대중화에 어려움을 겪고 있다. 새로운 자석 화합물이 상용화될 경우 하이브리드 자동차의 제조 원가를 낮출 수 있을 전망이다. 연구진은 앞으로 신규 자석 화합 NdFe12Nx를 가루로 대량 제조하는 방법과 그 가루를 자석의 형태로 고형화하는 프로세스를 개발할 예정이다.
박정은기자 jepark@etnews.com
