[국대들의 연구실] 전기차 발열 잡는 신소재 기술 개발, 한국재료연구원

■ 안철우 / 한국재료연구원 책임연구원

[앵커]
우리나라 대표 연구자들과 함께 다양한 연구 분야에 관해 깊은 이야기를 나눠보는 코너, '국대들의 연구실' 시간입니다. 오늘은 한국재료연구원의 연구실을 방문해보겠습니다. 최근 종종 논란이 되고 있는 전기차의 안전성 문제를 해결해줄 '방열 신소재 연구'에 대해 알아볼 텐데요, 안철우 책임연구원과 함께 얘기 나눠보겠습니다.

먼저 지난해 정부출연연구기관 우수 성과로 박사님의 연구가 선정이 됐는데요, 어떤 연구를 하고 계시는지 소개 부탁드립니다.

[인터뷰]
저희가 연구하고 있는 방열 소재에 대해서 간단히 설명을 드리면, 방열 소재는 전자제품에서 발생하는 열을 식혀주는 소재라고 말씀드릴 수 있습니다.

휴대폰, TV, 노트북, 배터리 등 대부분의 전자제품이 고장 나고 오래 쓸 수 없게 되는 가장 큰 이유가 바로 열 문제 때문입니다. 열을 잘 식혀주지 못해서 발생하는 것이지요.

열관리 문제는 특히 전기차에서 매우 중요한데요, 배터리 열관리가 안돼서 화재가 발생하면, 생명이 위험해지므로 전기차 배터리 열관리가 매우 중요해졌습니다.

현재 사용되고 있는 방열 소재는 알루미나라고 하는 소재인데요, 가격이 저렴해서 널리 사용되고 있는데 성능이 더 좋은 소재로 대체해야 하는 시점이 되었습니다.

그런데 열전도도가 아주 좋은 소재는 가격이 약 10배에서 100배 정도 비싼 것이 문제입니다. 그래서 저희가 개발한 소재는 가격은 알루미나와 같고 방열 성능은 2배 우수한 MgO라는 소재입니다.

[앵커]
MgO(마그네시아) 라는 소재를 연구하시는 건데, 이 물질이 무엇인가요?

[인터뷰]
MgO는 알루미나와 함께 가장 많이 사용되는 가격이 저렴한 세라믹 소재입니다. 현재는 내화물이나 의약품으로 주로 사용되고 있는데요, MgO가 방열 성능도 상용 소재보다 2배나 높아서 방열 소재로 아주 유망한 소재입니다.

[앵커]
그럼 이 소재가 전기차에서 어떤 역할을 하고 또 안전성을 높이는 데는 어떤 역할을 할 수 있을까요?

[인터뷰]
전기차의 배터리에서 발생하는 열을 어떻게 식히는지 먼저 말씀드려야 할 것 같은데요, 배터리는 방열성능이 있는 접착제를 사용해서 금속 케이스 안에 붙여서 사용합니다. 배터리에서 열이 나면 방열 접착제를 통해서 금속 케이스로 빨리 전달이 되어야 빨리 식게 됩니다.

알루미나를 사용하는 것 보다 저희 MgO를 사용하면 열을 더 빨리 쉽게 빼 줄 수 있으니깐 마찬가지로 배터리의 안전성이 올라가고 전기차의 안전성도 올라가는 것이죠.

[앵커]
마그네시아가 사용되면 좋다고 말씀하셨는데 그럼 어떤 것을 새로 개발하셨다는 말씀인가요?

[인터뷰]
일본에서는 MgO 방열 소재의 수요가 증가할 것을 예측해서 MgO 방열 소재를 2018년부터 제조해서 판매하고 있었습니다. 그런데 만들기도 너무 어렵게 만들고 있고 성능도 좋지 않게 해서 판매를 하고 있거든요, 저희가 개발한 KIMS MgO 소재는 굉장히 쉽게 제조가 가능하고 품질도 월등히 우수한 완전히 새롭게 만든 물질이라고 할 수 있습니다. 쉽게 말씀드리면 MgO에 첨가제를 약 0.3% 넣고 섞으면 며칠이면 끝납니다. 모든 문제점이 다 해결되는 것이죠.

[앵커]
그러니깐 알루미나에서 MgO로 가는 방향성이 있었는데 그것을 더 쉽게 월등한 제품을 만드셨다 이런 말씀인 것 같습니다. 그렇다면 기존에는 왜 이 소재를 사용하지 못했던 건가요?

[인터뷰]
세라믹 소재는 도자기 굽는 것을 생각하시면 되는데요, 일반적으로 고온에서 열처리해서 제조됩니다. 훨씬 높은 온도에서 구워야 합니다. 장비값도 많이 들고 전기 소모량도 굉장히 많아지게 되면서 가격이 비싸니깐 너무 높은 열처리 온도를 낮춰야 하는 상황이였고요.

또 하나는 심각한 문제인데 MgO는 공기 중에 수분하고 반응을 하는데 방류성능이 떨어지고 모양이 변형이 일어납니다. 결국, 알루미나보다 더 낮은 온도에서 제조하고 알루미나보다 수분 반응에 더 강하며 방열 성능은 2배여서 요즘 굉장히 이슈가 되고 있습니다.

[앵커]
MgO 라는 소재를 잘 활용하면 전기차뿐만 아니라 여러 분야에 적용할 수 있을 것 같은데 또 어떤 곳에 활용할 수 있을까요?

[인터뷰]
배터리뿐만 아니라 모든 전기제품에서 열이 나니깐 거기에 쓸 수 있고 초과적으로 쓸 수 있는데가 굉장히 많은데요, MgO는 방열 성능 뿐만 아니라, 도가니 특성도 좋은데요, 도가니는 세라믹 분말을 담아서 열처리하는 용기입니다. 세라믹 분말과 반응을 하지 않는 것이 가장 중요합니다. 반응을 하면 세라믹 분말을 오염시키는 것이니까요. 도가니도 대부분 알루미나로 제조되고 있습니다.

알루미나가 싸게 제조할 수 있고 세라믹 분말을 잘 오염시키지도 않기 때문입니다. 그런데, 실제로 MgO 도가니가 더 성능이 좋은데요, 예를 들면, 2차전지의 양극 소재도 MgO 도가니로 만들면 더 고품질로 제조할 수 있습니다. 뿐만 아니라MgO가 그 외에 좋은 성능도 많아서 그동안 너무 높은 온도에서 만들어야 해서 알루미나보다 낮은 온도에서 사용하게 해놔서 앞으로 다양한 분야에서 사용 할 것으로 기대됩니다.

[앵커]
재료연구원이니만큼 많은 재료에 대한 연구를 할 것 같은데 특별히 이 소재를 개발하게 된 연구원 차원의 계기나 이유가 있나요?

[인터뷰]
저희가 처음 시작은 원천연구를 많이 했거든요. 먼 미래를 보는 연구였기 때문에. 굉장히 요즘 강조되고 있는 게 중소 기업을 많이 도와줘라인데 미래 먹거리에 대한 고민이 굉장히 많으셨고 앞으로 방열 소재가 굉장히 유망할 것 같은데 지금 쓰고 있는 알루미나보다 가격은 높지 않고 똑같으면서 성능은 높은 것을 개발하시면 저희야 좋죠라는 말씀을 많이 하시면서 그게 MgO였고 그래서 MgO 연구를 하게 되었습니다.

[앵커]
이번 기술의 상용화를 위해서 연구소기업을 설립하신 것으로 아는데요, 어떤 회사인가요?

[인터뷰]
저희가 설립한 연구소 기업은 소울머티리얼입니다. 경북 경산에 위치하고 있고 정인철 대표님께서 잘 이끌고 계십니다. 저희가 개발한 KIMS MgO 소재를 사용해서 방열 접착제를 제조할 수 있는 방열 필러를 제조 및 판매하고 있습니다. MgO가 다방면에서 쓸 수 있기 때문에 다방면에서 쓸 수 있게 진행하고 계신 걸로 들었습니다.

[앵커]
'kIMS MgO'가 방열 소재 좋은 도가니가 될 수 있다라고 말씀을 해주셨는데 그렇다면 이 기술이 상용화될 경우 국내외에서 얼마나 시장가치가 있을까요?

[인터뷰]
세계시장은 10조 원 정도 되거든요. 독일의 대기업들은 몇 조원씩 팔고 있으니깐 굉장히 큰 규모인데 국내에서는 정확히 통계 된 것은 없는데 1조 원 이상은 되는 것 같아요. 굉장히 큰 시장이고MgO를 새로 개발하면서 이것을 저희가 섭렵하는 거니깐 앞으로 미래 먹거리에 많은 도움이 되지 않을까 기대하고 있습니다.

[앵커]
네, 제조도 쉽고, 성능도 좋다면 앞으로 배터리 업계 등 방열 시장의 다양한 분야의 게임 체인저가 될 수도 있을 것 같은데요. 앞으로도 좋은 연구 계속 부탁드리겠습니다. 한국재료연구원 안철우 박사와 함께했습니다. 고맙습니다.

YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)