서남 분기보고서 (2024.09)
6. 주요계약 및 연구개발활동

1. 주요 계약 당사는 보고서 작성기준일 현재 해당사항이 없습니다.

2. 연구개발활동가. 연구개발활동의 개요

당사의 기업부설연구소는 2005년 설립되었으며, 소재개발팀과 기기개발팀으로 나누어 연구 개발을 수행하고 있습니다. 소재개발팀은 초전도 선재 제조 공정 개발 및 개선과 관련하여 각 공정의 수율향상과 새로운 공정 개발을 수행하고 있으며, 기기개발팀은 소재개발팀에서 개발한 선재를 이용하여 고자장용 초전도 자석 개발을 기본으로 하면서 추가로 다양한 초전도응용기기에 대한 연구를 하고 있습니다. 또한 초전도응용기기 개발을 통해 응용기기에 필요한 초전도선재의 특성을 소재개발팀에 피드백하고 있습니다. 이러한 피드백을 바탕으로 소재개발팀에서는 고객사에서 요구하는 초전도응용기기에 적합한 초전도 선재를 개발하여 고객사의 요구사항을 충족시켜 초전도응용기기 개발이 지속가능하도록 하고 있습니다.

나. 연구개발 조직

연구소	팀	주요 업무

(주)서남부설연구소	소재개발팀	초전도 선재 제조 공정 개발 및 개선과 관련하여 각 공정의 수율향상과 새로운 공정 개발을 수행

기기개발팀	소재개발팀에서 개발한 선재를 이용하여 고자장용 초전도 자석 개발을 기본으로 하면서 추가로 다양한 초전도응용기기에 대한 연구

다. 연구개발 인력 현황(단위: 명)

연구소	팀	인원

박사	석사	기타	합계

(주)서남부설연구소	소재개발팀	2	3	1	6

기기개발팀	1	1	-	2

주1) 해당 인원수는 임원(미등기임원 포함) 제외 인원입니다. 주2) 위 표는 2024년 9월 30일 기준으로 작성된 자료이며, 보고서 작성일 현재 소재개발팀으로 석사 1명 인사발령되어 현재 인원수는 소재개발 7명, 기기개발 2명 총 9명입니다.

라. 연구개발비용(단위: 백만원)

구 분	2024년
(제21기 3분기)	2023년
(제20기)	2022년
(제19기)

자산
처리	원재료비	-	-	-

인건비	-	-	-

감가상각비	-	-	-

위탁용역비	-	-	-

기타 경비	-	-	-

소 계	-	-	-

비용
처리	제조원가	-	-	-

판관비	1,388	1,570	790

합 계(매출액 대비 비율)	1,388(153.84%)	1,570(24.57%)	790(12.42%)

마. 연구개발실적(단위: 백만원)

분야	연구과제명	주관부서	연구기간	정부출연금	관련제품
(부서)	비고

선재	고온 초전도 coated conductor의 생산 기술 개발	미래창조과학부
(서남)	'07.04 ~'11.03	5,112	고온초전도선재
(소재개발)	완료

선재	케이블용 대용량 초전도 선재 국산화	한국전력공사
(서남)	'12.10 ~'14.06	369	고온초전도선재
(소재개발)	완료

선재	자속고정점 페로브스카이트형 초미세/다성분 금속산화물 나노구조체 제조	산업통상자원부
(서남)	'12.12 ~'15.09	916	고온초전도선재
(소재개발)	완료

선재	스마트그리드용 전력기기의 고효율화를 위한 kA급 고온초전도 도체 개발	산업통상자원부
(서남)	'13.06 ~'17.11	4,369	고온초전도선재
(소재개발)	완료

선재	한류기용 초전도 선재 개발	한국전력공사
(서남)	'16.04 ~'18.04	950	고온초전도선재
(소재개발)	완료

선재	나노로드를 갖는 고온 초전도 선재 제조	산업통상자원부
(서남)	'18.05 ~'19.12	570	고온초전도선재
(소재개발)	완료

선재	고장전류 제한 기능을 갖는 송전급 스마트 초전도 케이블 기술 개발	산업통상자원부
(한국전기연구원)	'17.05 ~'20.04	332	고온초전도선재
(소재개발)	완료

선재	공학적 임계전류밀도가 향상된 고온 초전도 선재 개발	산업통상자원부
(서남)	'19.03 ~'20.12	930	고온초전도선재
(소재개발)	완료

자석	초전도케이블 액체질소 냉각용냉동능력 4kW급 스터링 극저온냉동기 개발	산업통상자원부
(한국기계연구원)	'13.06 ~'18.05	465	고온초전도선재
(소재개발)	완료

자석	고온초전도 자석 제작 및 보호 기술 개발	미래창조과학부
(한국기초과학지원연구원)	'14.08 ~'15.08	93	고온초전도자석
(기기개발)	완료

자석	핵자기공명 고온초전도 자석 제작 및 보호기술 개발	한국기초과학지원연구원 (서남)	'15.08 ~'18.12	430	고온초전도자석
(기기개발)	완료

자석	400MHz 고온 초전도 자석 안정성 향상 및 repair kit 제작	한국기초과학지원연구원
(서남)	'19.06 ~'19.12	55	고온초전도자석
(기기개발)	완료

선재	나노 자속고정점이 도입된 고온초전도 선재의 사용 환경에서신뢰성 시험 평가법 개발	산업통상자원부(안동대학교)	'22.04 ~'23.12	400	고온초전도선재(기기개발)	완료

선재	고성능 고온초전도 자석용 선재의기반기술 개발	과학기술정보통신부(한국전기연구원)	'22.04 ~'26.12	3,120	고온초전도선재(소재개발)	진행

선재	고청정 Ni-Cr-Mo계 소재 제조 및 반도체 에너지산업용 핵심 부품 기술개발	산업통상자원부(파이널텍)	'24.07 ~'28.12	6,030	고온초전도선재
(소재개발)	진행

선재	도심항공교통(UAM)용 모터의 출력밀도 향상을 위한 고온초전도 선재의 자속고정 신물질 및 고속 상생성 기술 개발	산업통상자원부(서남)	'24.08 ~'27.07	6,000	고온초전도선재
(소재개발)	진행

바. 연구개발현황 (1) 초전도선재의 수율 향상

- 외부 전문 기관과 협력하여 초전도선재의 수율을 높이기 위한 머신러닝 기술 적용 연구를 진행하고 있습니다. 현재 초전도 증착 공정인 RCE-DR 공정 데이터를 기반으로 AI 모델 학습을 완료하였으며, 2023년 하반기에는 비전 시스템을 설치하여 데이터 수집을 시작했습니다. 이제 AI를 활용한 공정 최적화 단계에 있습니다.

- 머신러닝 기술은 특히 중소기업의 인력 부족 문제를 해결하는 데 중요한 도구가 될 것이며, 초전도 증착 공정뿐만 아니라 버퍼층 증착 및 특성 측정 공정에도 확장 적용할 수 있어 전체 제조 공정의 최적화와 생산성 증대에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 이를 위해 비전 시스템 제작을 위한 최적의 카메라와 제어 프로그램을 개발 중입니다.

- 현재 전해 연마 공정의 최적화를 위한 시스템 수정 작업을 진행하고 있으며, 최적화가 완료되면 얇은 두께의 Hastelloy 기판에 대한 전해 연마 공정을 개선할 계획입니다. 특히, 핵융합과 같은 고자기장 응용을 염두에 두고 얇은 Hastelloy 기판에 대한 최적화를 목표로 하고 있습니다.

(2) 생산성 증대를 위한 신규 IBAD 장비 개발

- 서남 연구팀은 생산성 향상을 위해 IBAD 시스템의 광폭 공정 개발에 주력하고 있습니다. 초기 단계에서 광폭 금속 기판의 확보와 품질 관리에 성공했으며, 이후 광폭 전해 연마 공정을 효과적으로 수행했습니다. 현재는 초전도 선재 광폭화의 핵심 기술인 IBAD 광폭 공정 개발에 매진하고 있습니다.

- 그 결과, 2023년 말에 광폭 IBAD 공정의 성공 가능성을 확인했습니다. 이 기술은 고온 초전도 선재의 저비용 제조 기술 확보라는 서남의 목표 달성에 중요한 요소입니다.

- 현재 광폭 선재 제조를 위한 IBAD 장비의 설계와 기초 기술 개발이 완료되어, 광폭 IBAD 장비 제작을 위한 준비는 마무리가 되었습니다.

(3) 임계전류 향상을 위한 신규 PLD 시스템 설계 및 개발

- 혁신적인 고온초전도 선재 개발을 위해 RCE-DR 공정의 높은 생산 효율성과 PLD 공정의 뛰어난 고자장 특성을 융합하는 연구를 진행하고 있습니다. 이 기술 통합은 초전도선재 시장에 새로운 패러다임을 제시할 것입니다.

- PLD 시스템은 현재 성공적으로 운영되고 있으며, 50 um 두께의 하스텔로이 기판 위에 1.5 um 두께의 초전도층을 적용한 결과, 자장 특성이 기존 대비 2배 이상 향상되었으며, 현재 3 um 두께를 목표로 연구를 지속하고 있습니다.

- RCE-DR 공정에서는 GdBCO 대신 YBCO를 사용하여 공정을 최적화하는 데 성공하였고, 이를 통해 YBCO 초전도층 두께가 2 um을 초과해도 임계전류가 감소하지 않는 공정을 개발했습니다. 또한, PLD 공정과 RCE-DR 공정을 결합한 하이브리드 공정도 개발하고 있으며, 이 공정은 두 기술의 장점을 결합하여 성능이 더욱 향상된 초전도 선재 생산에 기여할 것입니다.

- PLD 공정의 최적화를 통해 3분기에는 액체질소 온도에서 410 A/12 mm의 임계전류를 가지는 초전도 선재 개발에 성공했습니다. 이 선재의 고자기장 환경(18 T)에서의 임계전류 특성 측정을 위해 서남의 연구원들이 10월 초 도호쿠 대학을 방문했습니다. 20 K, 10 T 조건에서 임계전류 측정 결과, Ic는 650 A였으며, 금속 기판 두께가 60 μm인 경우 공학적 임계전류 밀도(Je)는 880 A/mm²로 확인되었습니다. 이 측정 결과는 서남에서 개발한 선재 중 고자기장에서 가장 높은 임계전류 값을 기록한 것입니다.

- 4분기에는 이러한 성과를 더욱 개선하기 위해 PLD 공정의 추가 최적화를 추진하고, 고자기장 환경에서의 임계전류 성능을 한층 더 높이는 데 주력할 계획입니다. 또한, 장선 제조 공정의 최적화를 통해 대량 생산 시에도 균일한 품질의 선재를 안정적으로 공급할 수 있도록 공정 효율을 높이겠습니다. 이를 통해 서남은 고성능 초전도 선재의 경쟁력을 강화하고 다양한 응용 분야에서의 활용을 확대할 수 있는 기반을 마련할 것입니다.

(4) 정부과제 수행

- ㈜서남은 ‘무절연 고온 초전도 마그넷 기술’ 개발 사업의 핵심 선재 개발 부분에 선정되어 5년간 과제를 수행하고 있으며, 현재 3차년도를 성공적으로 진행하고 있습니다. 이 사업은 초전도 자석 분야의 기술적 난제를 해결하는 것을 목표로 하고 있습니다.

- 2024년부터 5년간 산업통상자원부 소재부품 기술개발 사업에 선정되어, 고온 초전도 선재용 소재의 국산화를 목표로 과제를 수행할 예정입니다.

- 2024년 하반기에는 ‘글로벌산업기술협력센터 공동연구’ 사업에 선정되어 영국 케임브리지 대학교와 공동으로 4년간 과제를 수행할 계획이며, 현재 협약이 마무리되어 1차년도를 진행 중입니다. 이 사업은 미래 도심 항공 교통 모터용 고성능 고온 초전도 선재 개발을 목표로 하고 있습니다.