마그네슘 가루로 전기차 발열을 해결했다

재료연구원, 고열전도도 방열 소재 개발
마그네슘 가루 활용해 단순 압축·가열해 제작

마그네시아를 활용해 만든 전기차 방열판. 재료연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국재료연구원(KIMS) 세라믹재료연구본부 기능세라믹연구실 안철우 박사팀이 전기차 발열을 간단하면서 우수하게 해결할 수 있는 소재를 세계 최초로 개발했다. 이 소재는 마그네슘 가루를 사용한 것으로, 화학반응을 활용함으로써 표면처리 없이 단순하게 압축, 가열하는 소결 과정만으로도 나노결정질 복합층을 만들었다. 이렇게 하면 친수성을 감소시키고 열전도도를 증가시킨다는 것.

21일 재료연구원에 따르면, 현재 연구진은 마그네시아의 열전도도를 질화물 방열 세라믹 수준으로 높이는 등 성능 향상을 위한 후속 연구를 이어가고 있다. 또, 기술 상용화를 위해 재료연구원이 기술출자해 설립된 연구소기업 ㈜소울머티리얼에서 양산화 작업을 진행하고 있다.

최근 첨단 산업 발전과 함께 전자부품의 소형화 및 다기능화가 급격히 진행 중이다. 이로 인해 전자제품의 열관리는 더욱 어려워졌다. 특히 전기차용 배터리의 고용량화와 전자부품의 고집적화로 열 밀도 증가에 대응하기 위한 고방열 특성의 방열 소재가 더욱 필요한 실정이다. 전기차 판매량을 기반으로 2025년 전기차의 열 계면 소재에 사용되는 방열 소재 시장은 약 9조7000억원에 이를 것으로 전망된다.

기존 방열 소재로 널리 사용되는 알루미나 필러는 열전도도 개선에 한계가 있다. 연구진은 이 문제점을 해결하기 위해 원료 비용이 적고 열전도도와 비저항성 면에서 우수한 마그네시아를 주목했다.

하지만, 마그네시아는 방열 성능은 우수하나 1800도의 높은 소결 온도, 그리고 공기 중 물과 반응하는 흡습성 때문에 방열 필러로 활용하지 못했었다.

연구진은 첨가제를 이용해 소결 공정에서 표면에 얇은 나노결정질 복합층을 만들어 수분과 반응하는 방어층을 만들었다. 이와 함께 소결 온도를 낮춰 결함을 제어함으로써 열전도도를 증가시키는데 성공했다. 즉 기존 마그네시아 소재가 가진 제약을 극복해낸 것이다.

안철우 박사는 "산화물 세라믹 필러의 제조 공정에서 첨가제를 통한 간단한 방법으로 고분자와의 혼합에 문제가 되는 수분 반응 문제를 해결하고, 결함 제어를 통해 고열전도성을 가진 산화물 필러를 개발할 수 있었다"며, "개발된 저가 고품질 마그네시아 방열 필러가 방열 세라믹 소재 시장을 이끌 것"이라고 말했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 소재를 세계적인 학술지인 '스몰 메소드(Small methods)'에 발표했다.
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monarch@fnnews.com 김만기 기자