에어로젤이란 공기보다 가벼운 차열 소재로, 전기차 배터리 화재 위험을 줄이는 단열 소재로 주목받고 있습니다. 이 글에서는 에어로젤의 특징과 활용법, 그리고 국내외 선도 업체들의 도전과정을 살펴보겠습니다.
오늘은 최근 주목받고 있는 차세대 차열 소재인 에어로젤에 대해 알아보겠습니다. 에어로젤은 공기보다 가벼운 물질로, 전기차 배터리 화재 위험을 줄이는 단열 소재로 쓰일 수 있습니다. 에어로젤은 어떻게 만들고 어디에 쓰이는지, 그리고 국내외 선도 업체들은 어떤 도전을 하고 있는지 살펴보겠습니다.
1. 에어로젤이란 무엇일까?
에어로젤은 고체와 기체의 혼합물로, 고체의 구조를 유지하면서 기체를 채워 넣은 것입니다. 에어로젤은 1931년 미국의 화학자 스티븐 켈러가 젤라틴과 에테르를 이용해 처음 만들었습니다. 젤라틴은 고체와 액체의 중간 상태인 젤 상태입니다. 켈러는 젤라틴에 들어있는 액체를 제거하면서 공기를 넣는 방식으로 에어로젤을 만들었습니다. 이렇게 만든 에어로젤은 공기보다 3배 정도 가볍고, 열전도율이 매우 낮아서 뜨거운 불꽃 위에 올려놓아도 타지 않는 특징을 가지고 있습니다.
에어로젤은 다양한 재료와 방법으로 만들 수 있습니다. 예를 들어, 실리카, 탄소, 금속산화물 등의 재료를 이용하거나, 초임계 건조, 상온상압 건조 등의 방법을 사용할 수 있습니다. 이렇게 만든 에어로젤은 각각 다른 특성과 용도를 가집니다. 예를 들어, 실리카 에어로젤은 투명하고 경량이며, 열전도율이 낮아서 단열 소재로 쓰입니다. 탄소 에어로젤은 검정색이고 전기적으로 도전되며, 슈퍼캐패시터나 배터리 등의 전기 소재로 쓰입니다. 금속산화물 에어로젤은 색상이 다양하고 화학적으로 안정되며, 촉매나 센서 등의 화학 소재로 쓰입니다.
2. 에어로젤은 어디에 쓰일까?
에어로젤은 그 특성에 따라 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 에어로젤은 먼저 우주 탐사에서 사용되었습니다. 1980년대부터 NASA는 에어로젤을 우주선의 단열재나 우주 먼지를 수집하는 장치로 사용했습니다. 에어로젤은 우주선의 무게를 줄이고, 열을 잘 차단하고, 미세한 입자도 잡아낼 수 있기 때문에 우주 탐사에 적합한 소재였습니다.
에어로젤은 최근에는 전기차 배터리 단열 소재로 주목받고 있습니다. 전기차 배터리는 과충전이나 충돌 등으로 인해 과열되거나 폭발할 수 있는 위험이 있습니다. 이러한 위험을 줄이기 위해 배터리 팩 사이에 단열 소재를 넣는데, 에어로젤은 이 단열 소재로 적합합니다. 에어로젤은 열전도율이 낮아서 열을 잘 차단하고, 가볍고 얇아서 배터리의 무게와 크기를 줄일 수 있습니다. 또한, 에어로젤은 고온에서도 안정적이고, 화재가 발생해도 유독가스를 방출하지 않습니다.
3. 에어로젤 선도 업체들의 도전은?
에어로젤을 배터리 단열 소재로 적용하기 위해서는 여러 도전과제가 있습니다. 에어로젤은 제조 공정이 복잡하고 비용이 높아서 대량 생산하기 어렵습니다. 또한, 에어로젤은 기공이 많아서 흡습성이 강하고, 기계적 강도가 낮아서 파손하기 쉽습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국내외 선도 업체들은 다양한 기술 개발에 노력하고 있습니다.
미국 아스펜에어로젤은 에어로젤의 대표적인 제조업체입니다. 아스펜은 3년 전부터 발전 시설, 송유관, 방위산업용 차열 소재로 사용되던 에어로젤을 배터리팩 단열 시트에 적용하기 위한 기술 개발에 뛰어들었습니다. 아스펜은 초임계 건조라는 방법으로 에어로젤을 만듭니다. 이 방법은 고압과 고온에서 젤 상태의 재료를 건조시켜서 내부에 기공을 만드는 방법입니다. 이렇게 만든 에어로젤은 기공 크기와 분포를 조절할 수 있고, 기계적 강도가 높습니다. 아스펜은 이러한 에어로젤을 플렉시블한 필름 형태로 만들어서 배터리팩 사이에 부착할 수 있게 했습니다.
국내에서는 2020년 세종시에 설립된 아이원이 주목받고 있습니다. 아이원은 상온상압 건조라는 방법으로 에어로젤을 만듭니다. 이 방법은 120도 정도에서 평상시 압력으로 오랜 시간 건조하는 방식입니다. 이렇게 만든 에어로젤은 기공 크기와 분포를 자유롭게 조절할 수 있고, 어떤 배터리 모양으로도 맞춤형 성형이 가능합니다. 아이원은 이러한 에어로젤을 에어로플렉스라고 부르며, 실리카와 탄소를 혼합한 복합 소재로 만들었습니다. 에어로플렉스는 열전도율이 낮고, 고온에서도 안정적이며, 유연하고 강합니다. 아이원은 이러한 에어로플렉스를 배터리뿐만 아니라 ESS, 전동 킥보드, 전기 자전거 등에 쓰이는 일체형 단열소재 제조까지 겨냥하고 있습니다.
4. 에어로젤, 배터리 단열 소재의 미래
에어로젤은 공기보다 가벼운 차열 소재로, 전기차 배터리 화재 위험을 줄이는 단열 소재로 부상하고 있습니다. 에어로젤은 열전도율이 낮아서 열을 잘 차단하고, 가볍고 얇아서 배터리의 무게와 크기를 줄일 수 있습니다. 또한, 에어로젤은 고온에서도 안정적이고, 화재가 발생해도 유독가스를 방출하지 않습니다. 에어로젤은 다양한 재료와 방법으로 만들 수 있으며, 각각 다른 특성과 용도를 가집니다. 에어로젤을 배터리 단열 소재로 적용하기 위해서는 여러 도전과제가 있지만, 국내외 선도 업체들은 다양한 기술 개발에 노력하고 있습니다.
에어로젤은 배터리 단열 소재뿐만 아니라 다른 분야에서도 활용될 수 있는 잠재력을 가진 소재입니다. 에어로젤은 우주 탐사, 촉매, 센서, 슈퍼캐패시터, 배터리 등의 분야에서 이미 사용되거나 연구되고 있습니다. 에어로젤은 그 특성에 따라 새로운 기능과 가치를 제공할 수 있습니다. 에어로젤은 차세대 차열 소재의 미래를 열어갈 수 있는 소재입니다.
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