'나노 테크데이 2023'...신소재 개발과 친환경 기술 연구로 모빌리티 산업 경쟁력 확보할 것

셀프 힐링 고분자 코팅 기술을 적용한 소재. 사진=현대자동차그룹 제공

차량 범퍼의 긁힘이 차에 적용된 셀프 힐링 기술로 원래 상태로 돌아오고, 태양전지가 차량 곳곳에 적용돼 자체 생산한 전기로 출퇴근길 주행을 가능하게 만들어주는 전기자동차. 한여름 차 안도 한결 쾌적하게 유지키시는 글라스 부착 특수 필름.

이 기술은 모두 나노(Nano) 소재를 기반으로 현대차·기아가 개발 중인 기술들이다.

현대차·기아는 20일 서울 중구 명동에 위치한 커뮤니티하우스 마실에서 '나노 테크데이 2023'을 개최하고, 미래 모빌리티 실현의 근간이 될 나노 신기술을 대거 공개했다. 현대차 기아는 "빠르게 변화하는 모빌리티 산업에서 소재 단계에서의 기술력이 완제품에서 차별적인 경쟁력을 확보하는 중요한 요소"라며, "신소재 개발과 친환경 기술 연구에 박차를 가하고 있다"고 강조했다.

1나노미터는 10억분의 1미터로, 머리카락 굵기의 10만분의 1에 해당된다. 이렇게 작은 크기 단위에서 물질을 합성하고 배열을 제어해 새로운 특성을 가진 소재를 만드는 것을 나노 기술이라 부른다.

현대차·기아는 이날 각기 다른 목적과 활용도를 가진 총 6개의 나노 소재 기술을 소개하고 별도의 전시 공간을 마련해 직접 체험해 볼 수 있도록 했다.

셀프 힐링 고분자 코팅 기술 적용 부품의 손상 회복 과정. 사진=현대자동차그룹

차량 손상 부위를 스스로, 반영구적으로 치유하는 '셀프 힐링 고분자 코팅'
셀프 힐링 고분자 코팅은 차량의 외관이나 부품에 손상이 났을 때 스스로 손상 부위를 치유하는 기술이다.

현대차·기아가 개발한 셀프 힐링 기술은 상온에서 별도의 열원이나 회복을 위한 촉진제 없이도 두 시간여 만에 회복이 가능하고 반복적이고 반영구적인 치유가 가능하다.

이 기술은 셀프 힐링 소재가 코팅된 부품에 상처가 나면 분열된 고분자가 화학적 반응에 의해 맞닿아 있던 원래 상태로 돌아가려는 성질을 활용한 것이다.

현대차·기아는 가장 우선적으로 자율주행의 핵심 부품인 카메라 렌즈와 라이다 센서 표면 등에 적용을 검토하고 있으며, 향후에는 차량의 도장면이나 외장 그릴 등으로 적용 범위를 확대해 나갈 계획이다.
 

페로브스카이트 투명 태양전지. 사진=현대자동차그룹

전기차의 에너지 효율을 극대화하는 나노 소재 기반 차세대 태양전지 기술
전기차 시장에선 주행 가능 거리 확대와 충전 시간을 줄이는 것이 핵심 경쟁력으로 꼽힌다. 현대차·기아는 진정한 친환경 모빌리티 완성을 위해 태양전지 기반의 고효율 에너지 생성 기술을 연구하고 있다. 이날 공개한 나노 소재 기반의 태양전지는 전동화 차량은 물론 건물 등에도 다양하게 활용될 수 있어 미래 성장 잠재력이 큰 기술로 꼽힌다.

현대차·기아가 이날 공개한 '투명 태양전지'는 우수한 전기적, 광학적 특성을 지닌 페로브스카이트(Perovskite) 소재를 이용한 태양전지 기술이다. 건물의 창문이나 차량의 글라스처럼 투명한 성능이 요구되는 곳에 적용이 가능하다.

또한 페로브스카이트는 빛을 전기로 바꾸는 광전효율이 높아 태양전지로 제작했을 때 발전효율이 실리콘 태양전지 대비 30% 이상 높은 것으로 알려져 있다.

특히 기존 셀 단위(1㎠) 소면적 연구에서 벗어나 대면적(200㎠ 이상) 투명 태양전지를 개발했다는 점에서 의미가 있다. 모듈 단위로 커진 상황에서도 1.5와트(W)급 성능을 보이는 투명 태양전지를 개발한 것은 세계 최초다.

압력 감응형 소재 적용 시트 체험. 사진=현대자동차그룹

자동차 소비전력을 낮추고 쾌적한 실내 환경을 만들어 주는 나노 소재 기술
현대차∙기아가 이날 공개한 ‘압력 감응형 소재’는 별도의 센서 없이 소재에 가해지는 압력을 전기 신호 형태로 변환하는 기술로, 차량의 발열시트 폼(foam) 내부에 적용돼 탑승자의 체형 부위만 정확하게 발열시켜 준다. 필요하지 않는 부위의 발열을 억제함으로써 소비전력 절감을 돕고, 전동화 차량의 경우에는 추가 주행거리 확보가 가능해진다.

소재 개발에는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 활용됐다. 시트에 일정 수준 이상의 압력이 가해지면 탄소나노튜브의 접촉이 증가해 저항이 줄어들고 전류량이 늘어나 해당 부위에 발열이 발생하는 원리를 활용했다.

또한 현대차∙기아가 개발한 '투명 복사 냉각 필름'은 차량의 유리에 부착돼 더운 날씨에도 별도의 에너지 소비 없이 차량 내부의 온도 상승을 낮추는 친환경 기술이다. 특히 차량의 글라스에 적용할 수 있을 정도로 양산성을 고려해 대면적화했다.

다층 필름 구조로 이뤄진 이 소재는 외부로부터 들어오는 자외선, 가시광선, 근적외선과 같은 열을 차단하고 효과적인 복사 냉각을 위해 원적외선대의 열을 방사한다.

현대차∙기아가 실제 차량에 적용해 자체 시험한 결과에 따르면, 복사냉각 필름을 부착한 차량은 기존 틴팅 필름 적용 차량보다 최대 7℃가량 실내 온도가 낮아지는 효과를 볼 수 있었다.

현대차·기아 기초소재연구센터장 홍승현 상무는 "오늘 공개된 나노 기반 기술들은 현대차그룹 소재 전문가들이 지속적인 노력을 기울인 결과"라며 "나노 소재 기술은 모빌리티 산업 변화를 선도할 중요한 열쇠가 될 것"이라고 강조했다.

한편 현대차∙기아는 21일(금) 열리는 ‘나노 테크데이 2023’ 2일차 행사에 소재 분야 전공 대학생들을 초청해 나노 소재에 대한 개발 경험을 공유하고, 학생들의 질문에 연구원들이 답하는 소통의 시간을 갖는다.

또 별도의 직무 상담 부스도 마련해 입사에 관심이 있는 학생들을 대상으로 구체적인 연구개발 업무와 채용 과정 등에 대해 안내할 계획이다.

<문화경제 김예은 기자>