현대차가 근시일에 상용화할 수 있는 신기술 등 획기적인 기술 6개를 공개했다

현대차그룹이 20일 나노테크데이를 개최하고 현재 개발중인 나노 소재 활용 신기술 6가지를 공개했다. 이중에는 이르면 내년부터 본격적으로 상용화 할 수 있는 기술도 있어서 근시일 안에 고객이 직접 만나볼 수 있을 것으로 예상된다. 해당 기술 6개를 최대한 알기 쉽게 풀어본다.

1. 상온에서 2시간이면 흠집이 사라진다! 셀프 힐링 고분자 코팅 기술

셀프 힐링이라는 단어 그대로 자가로 치유가 되는 코팅이다. 코팅지가 절단될 정도의 깊은 상처가 아니라면 상온(25도 기준)에서는 2시간 만에 해당 상처가 사라진다. 서로 붙어 있으려는 성질의 분자가 코팅지 안에 있기 때문인데, 상처가 나서 떨어진 분자들이 다시 뭉치려고 하는 성질로 인해 상처가 감쪽같이 사라지는 것이다. 이와 비슷한 기술들이 시장에 이미 있었지만, 이를 위해서는 별도의 가열, 혹은 고분자 수지의 충전 등 별도의 자극이 필요했다. 자동차 업계에서도 닛산, BMW등이 비슷한 기술을 상용화한 적이 있지만 현대차그룹이 개발하고 있는 기술은 별도의 자극 없이 단시간에 회복할 수 있다. 내구성 역시 기존의 형태보다는 훨씬 뛰어나다고 한다.

실제 시연을 통해서 해당 코팅지의 성능을 확인해볼 수 있었다. 다만 많은 기자들이 참관하고 있고 여러번 시연해야 하는 만큼 해당 실험 조건에서는 약간의 가열을 통해 더욱 빠른 실험 결과를 보여주고 있었다. 코팅지에 실핀으로 상처를 낸 뒤 현미경에 올려놓고 두어가지 질문을 하는 사이에 오른쪽 사진과 같이 깊게 파인 상처를 제외한 모든 부분이 흔적도 없이 사라졌다. 곧이어 남은 상처도 흔적도 없이 사라졌다.

다만 해당 기술은 차량 외판의 전체를 덮는 형태보다 일부 부분에 먼저 적용하는 것을 목표로 개발을 진행중이다. 우선은 자동차에 내장된 카메라 렌즈와 레이더, 라이다 등 다양한 센서에 적용하는 것이 목표다. 고른 표면의 렌즈, 센서 등에 흠집이 생기면 비가 올 때 흠집 틈 사이로 물기가 고이고 표면에 물방울이 맺히게 되는데 이게 ADAS 기능에 악영향을 끼치기 때문이다. 물론 추후에는 작은 접촉사고 등에도 대응할 수 있게 차량의 전체적인 부분에 적용하는 것도 염두하고 있다고 한다.

2. 나노 기술로 더욱 저렴하고 성능까지 좋아진 오일 캡슐 고분자 코팅

오일 캡슐은 1번의 셀프 힐링 기술을 개발하다가 나온 결과다. 자동차 산업이 기존의 내연기관에서 전기차로 변화하면서 윤활유의 종류도 바뀌어야 하는 상황이다. 전기차의 건조조건과 무윤활 조건에서는 액체 형태의 윤활유가 아닌 고체 윤활제를 써야하는데, 고체 윤활제의 문제는 가격이 비싸고 윤활 성능이 떨어진다는 것이다.

캡슐형 윤활제는 화장품이나 약물에서 사용하는 나노 사이즈의 캡슐에서 착안했다. 캡슐에 윤활제를 넣고 사진과 같이 액체에 넣어 윤활유가 필요한 부품에 분사한 뒤 건조시킨다. 이후 해당 부품이 마찰할 때 캡슐이 터지며 안에 들어있는 윤활유가 제 기능을 하게 된다.

이 제품은 기존 고체 윤활제가 가지고 있던 단점을 모두 극복한다. 위 사진과 같이 왼쪽의 캡슐형 윤활유를 사용한 부품은 마모된 흔적을 거의 찾아볼 수 없지만, 기존 고체 윤활제를 사용한 오른쪽 부품은 마모가 진행된 흔적이 눈에 들어온다. 수입에 의존하던 고체 윤활제와는 달리 국내에서 생산할 수 있어 기존 대비 단가가 30% 낮은 것도 큰 장점이다. 이 제품은 이르면 내년 상용화 될 예정이다.

3. 미래 모빌리티에 최적화된 태양열 전지 소재, 페로브스카이트 투명 태양전지

산간 지역이나 건물 옥상에 설치된 태양광 전지를 떠올리면 검푸른 태양광판이 생각날 것이다. 한때 쏘나타 DN8 하이브리드 모델에 적용되었던 태양광 패널 옵션을 선택하면 천장에 이 검푸른 태양전지가 들어가 소규모의 전력을 생산할 수 있었다. 하지만 해당 옵션을 선택할 경우 파노라마 썬루프는 포기해야만 했다. 만약 이 태양광판의 소재가 투명했다면 소비자는 파노라마 썬루프, 혹은 글라스 루프를 옵션으로 선택하면서도 태양열을 활용한 충전을 할 수 있었을 것이다. '페로브스카이트'라는 신소재는 이것이 가능하다. 해당 소재는 투명하게 가공할 수 있으면서도 효율이 좋아 전 세계적으로도 많은 연구가 진행중이다. 특히 완전 자율주행이 실현되는 미래 모빌리티는 유리창의 면적이 현재의 자동차보다 훨씬 커질 것으로 예상되고 있어 미래 모빌리티에 매우 적합할 것으로 예상된다. 모빌리티 뿐만 아니라 건물에 들어가는 창문이 해당 소재로 전환되어 모두 충전을 한다면 발생하는 전력량도 어마어마할 것이다.

현재는 해당 물질의 안정성에 대한 보강을 집중적으로 연구하고 있다. 또한 소재 특성으로 인한 황색 빛깔을 없애고 진짜 투명한 모습으로 바꾸기 위한 연구도 지속적으로 진행중이다.

4. 페로브스카이트 묻고 실리콘까지 더블로 가! 탠덤 태양전지

페로브스카이트 투명 태양전지를 보고 든 의문은 그것이었다. '어차피 투명한 소재인데 그러면 그 밑에 2중으로 다른 태양전지를 두면 투과된 태양열을 재활용할 수 있지 않을까?' 연구원들도 같은 생각을 한 모양이다. 탠텀 태양전지는 페로브스카이트 아래에 기존 태양전지로 많이 사용하던 실리콘 태양전지를 겹쳐서 충전 효율을 높이는 기술이다. 각각의 소재에 따른 태양전지로 실험을 한 결과 태양광을 전기로 변환하는 '광전 변환효율'이 페로브스카이트 태양전지는 26%, 실리콘 태양전지는 27.6%의 효율을 보였다. 그리고 이 둘을 합한 탠덤 태양전지는 무려 33.7%의 높은 효율을 보여주고 있으며 개발이 지속됨에 따라 효율이 기하급수적으로 늘고 있는 상황이다.

현재 모빌리티에 도입했을 때의 목표는 루프와 보닛 등 차체 넓은 곳에 해당 태양전지를 적용해 일 평균 20km를 주행할 수 있는 태양열 전력을 얻는 것이라고 한다. 또한 페로브스카이트 태양전지와 마찬가지로 건축 등 다양한 곳에 사용하는 것을 목표로 하고 있다.

5. 앉은 부위만 따듯하게, 탄소나노튜브 압력 감응형 소재

추운 겨울철 자동차에 타면 제일 먼저 작동하는 것이 열선 시트일 것이다. 열선 시트는 시트 표면 아래에 전기장판과 같이 열선을 촘촘하게 배치한 후 사용자가 버튼을 누르면 작동하는 방식으로 작동한다. 현대차그룹은 여기에 탄소나노튜브를 결합했다. 평범한 스펀지를 탄소나노튜브가 분산된 용액을 담궜다가 말리면 끝이다. 압력이 가해지는 부분은 전도물질간 접촉이 증가하면서 발열하는 현상이 발생하기 때문에 별도의 열선이 없어도 시트가 따듯하게 데워진다. 그것도 탑승자가 앉아서 압력이 발생하는 곳만 데워지기 때문에 불필요한 열손실도 없어지게 된다. 이런 형태는 탑승자의 무게, 즉 아동, 여성, 남성 등을 고려하여 열선등의 시스템이 작동할 수 있도록 더욱 고도화된다.

이렇게 압력을 감지하는 센싱 기술은 발열 뿐만 아니라 다른 방안으로 활용하는 것도 연구가 진행되고 있다. 시트에 앉았을 때 어느 부분으로 압력이 더욱 전달되는지에 따라 평소 탑승자의 자세 등을 확인할 수 있고, 이를 통해 바른 자세나 더욱 편한 포지션으로 시트가 능동적으로 작동할 수 있다. 더 나아가 앉은 자세를 입력 기기로 활용해 완전 자율 주행시나 전기차의 충전 시 차량 내 게임과 같은 인포테인먼트로 발전할 수 있고, 센싱 해상도 향상을 통해 생체 신호를 분석하여 위급 상황 등에 대처할 수도 있다.

6. 땡볕에 세워놔도 시원한 차량 내부, 투명 복사 냉각 필름

한 여름에 야외 주차를 하면 자동차 안이 한증막 같이 더워지는 경험을 해본 적이 있을 것이다. 대부분 외부의 열은 자동차의 유리를 통해 유입되는데, 이는 에어컨의 작동 등으로 이어져 효율을 떨어뜨리게 된다. 더군다나 앞서 말한 것 처럼 유리창의 확대가 예상되는 미래 모빌리티에는 치명적인 단점으로 작용할 수 있다. 이에 개발한 것이 외부에서 들어오는 열은 반사하고 내부의 열을 방출할 수 있는 투명 복사 냉각 필름이다.

실제로 아무런 필름이 붙여지지 않은 제네시스G80 한 대, 일반 열차단 필름이 부착된 G80 한 대, 투명 복사 냉각 필름이 적용된 G80 한대를 실외에 주차하여 각각의 온도를 측정하는 실험을 진행했다고 한다. 이때 아무런 필름이 없던 차량에 비해서는 7.69도, 일반 열차단 필름이 부착된 차량에 비해서는 6.89도의 실내 온도가 낮은 결과가 나왔다고 한다. 특히 헤드레스트나 크래시 패드 등 특정 부위에서 온도 차이는 크게는 22도에서 적게는 10.98도까지 차이가 났다. 실제로 투명 복사 냉각 필름을 장착한 차량을 타고 주행을 한다면 에어컨 작동을 덜 하는 만큼의 효율성이 증가하는데, 이는 일반적인 자동차에서 약 80kg의 증량을 경량화한 것과 같은 효율이라고 한다. 현재 추가적으로 개발중인 부분은 차량의 탑승자가 해당 필름이 작동하지 않기를 원할 때 On과 Off할 수 있는 기능을 추가하는 것이다.