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[IT뉴스]전기차 모터 자석에 쓰이는 고가 희토류 80% 줄였다

온카뱅크관리자

2026-11-10 11:37:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> DGIST 
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 <img alt="왼쪽부터 김정민 DGIST 나노기술연구부장, 김동환 책임연구원, 정현종 석박사통합과정생,비탈리 갈킨 경북대 박사후연구원, 이동현 박사과정생. DGIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/10/dongascience/20261110113158707xgmr.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="ZIw3WJcndW" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/10/dongascience/20261110113158707xgmr.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 김정민 DGIST 나노기술연구부장, 김동환 책임연구원, 정현종 석박사통합과정생,비탈리 갈킨 경북대 박사후연구원, 이동현 박사과정생. DGIST 제공
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 전기차 구동 모터에 쓰이는 영구자석의 핵심 소재인 디스프로슘(Dy) 사용량을 80% 줄이면서도 기존과 유사한 자기 성능을 유지하는 기술이 개발됐다. 값비싼 희토류 사용량을 줄여 전기차와 풍력발전기 제조 비용을 낮추고 희토류 공급망 불안에 대응하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
 대구경북과학기술원(DGIST)은 김정민·김동환 나노기술연구부 책임연구원 연구팀이 영구자석 내부에서 중희토류가 낭비되는 원인을 규명하고 사용 효율을 높이는 소재 설계 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 연구결과는 10월 12일(현지시간) 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 공개됐다.
 네오디뮴·철·붕소(Nd-Fe-B)로 만든 영구자석은 자기력이 강해 전기차 구동 모터와 풍력발전기 등에 널리 사용된다. 높은 온도에서는 자석의 성능이 떨어질 수 있어 외부 자기장에 의해 자성이 쉽게 사라지지 않도록 하는 성질인 '보자력'을 높이는 것이 중요하다.
 보통 보자력을 높이기 위해 디스프로슘 등 중희토류가 첨가된다. 중희토류는 가격이 비싸고 공급망도 불안정해 자석의 성능을 유지하면서 사용량을 최소화하는 기술이 요구된다.
 기존에는 자석 표면에 중희토류를 바르고 열처리해 내부로 스며들게 하는 '입계확산 공정'을 활용했다. 중희토류가 자석을 구성하는 미세한 입자인 결정립의 경계를 따라 확산하면서 각 결정립 표면에 얇은 껍질을 형성해 보자력을 높이는 방식이다.
 문제는 확산 과정에서 중희토류가 자석 표면 부근에 과도하게 쌓이거나 결정립 내부까지 불필요하게 침투한다는 것이다. 일부 결정립에는 불필요하게 두꺼운 껍질이 형성되면서 값비싼 중희토류가 낭비된다는 점이 해결 과제다.
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 <img alt="DGIST 연구팀이 개발한 영구자석 제조 기술의 원리를 나타낸 모식도와 디스프로슘(Dy) 분포 분석 이미지. 기존 공정(왼쪽)에서는 디스프로슘이 자석 표면과 결정립 내부에 과도하게 축적되지만 새로운 확산 소재를 적용한 경우(오른쪽) 결정립 표면에 얇고 균일하게 분포한다. DGIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/10/dongascience/20261110113159968djub.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="qQhq1NsAdr" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/10/dongascience/20261110113159968djub.jpg" width="658">
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 DGIST 연구팀이 개발한 영구자석 제조 기술의 원리를 나타낸 모식도와 디스프로슘(Dy) 분포 분석 이미지. 기존 공정(왼쪽)에서는 디스프로슘이 자석 표면과 결정립 내부에 과도하게 축적되지만 새로운 확산 소재를 적용한 경우(오른쪽) 결정립 표면에 얇고 균일하게 분포한다. DGIST 제공
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 연구팀은 이러한 현상이 발생하는 원인을 분석하고 디스프로슘에 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd) 등 상대적으로 가벼운 경희토류와 아연(Zn), 구리(Cu)를 조합한 새로운 확산 소재를 개발했다.
 아연과 구리를 첨가해 확산을 촉진하면서도 경희토류를 활용해 디스프로슘이 결정립 내부까지 과도하게 침투하는 현상을 억제하는 원리다. 디스프로슘이 결정립 표면에 얇고 균일한 껍질을 형성하도록 유도한다.
 실험 결과 새로운 확산 소재는 디스프로슘만 사용한 기존 확산 소재에 비해 디스프로슘 함량을 80% 줄이고도 유사한 수준의 상온 보자력과 우수한 고온 자기 특성을 확보했다. 자석 내부의 원소 분포를 분석한 결과에서도 기존 공정에서 나타났던 표면 부근의 디스프로슘 과도 축적 현상이 크게 완화된 것으로 확인됐다.
 연구팀은 이번 성과가 고가의 중희토류를 많이 사용하는 대신 자석 내부에서 필요한 위치에 효율적으로 분포하도록 제어했다는 점에서 의미가 있다고 설명했다. 향후 상대적으로 저렴한 경희토류를 활용하는 차세대 자석 제조 기술에도 적용할 수 있다는 기대다.
 현재는 실험실 규모에서 기술의 유효성을 확인한 단계다. 실제 산업 현장에 적용하려면 대형 자석에서도 균일한 확산 효과를 구현하고 기존 제조 공정과의 호환성 및 경제성을 검증해야 한다.
 김정민 책임연구원은 "고가 중희토류의 이동과 분포를 정밀하게 제어해 사용량을 획기적으로 줄일 수 있는 소재 설계 전략을 제시했다"며 "경희토류 기반 공정에도 확대 적용해 희토류 자원의 효율적 활용과 차세대 고성능 영구자석의 기술 경쟁력 강화에 기여하겠다"고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1016/j.cej.2026.182977
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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