현대차·기아 ‘미래 모빌리티’ 나노 소재 기술 공개

유기체 같이 자동차 상태 보존하는 나노 코팅
전기차 에너지 효율 극대화하는 나노 소재 기반 차세대 태양전지
차 소비전력 낮추고 쾌적한 실내 환경 만드는 나노 소재

현대차그룹 나토 데크데이 / 강태윤 기자

현대차·기아는 20일 서울 중구 명동에 위치한 커뮤니티하우스 마실에서 '나노 테크데이 2023'을 개최하고 미래 모빌리티 실현의 근간이 될 나노 신기술 6개를 공개했다.

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.

이번 행사는 초기 조건의 사소한 변화가 전체에 막대한 영향을 미칠 수 있다는 '나비 효과'에서 착안해 '나노 효과'라는 주제로 개최됐다. 빠르게 변화하는 모빌리티 산업에서 소재 단계에서의 기술력이 완제품에서 차별적인 경쟁력을 만들 수 있다는 중요성을 강조한 것이다.

현대차·기아가 나노 등 첨단 소재 기술 개발에 진심인 까닭은 소재야말로 세상 모든 모빌리티의 출발점이기 때문이다. 전동화·SDV(소프트웨어 중심 자동차)·자율주행 등 미래 모빌리티 혁신 역시 소재라는 원천 기술의 뒷받침이 중요하다.

이종수 현대차·기아 선행기술원장은 "기술 혁신의 근간에는 산업융합의 핵심 고리인 소재 혁신이 먼저 있었다"며 "산업 변화에 따른 첨단 소재 기술을 선행적으로 개발해 미래 모빌리티에 적용해 나갈 것"이라고 밝혔다.

① 손상 부위를 스스로 치유하는 '셀프 힐링 고분자 코팅'

셀프 힐링 고분자 코팅은 차량의 외관·부품에 손상이 났을 때 스스로 손상 부위를 치유하는 기술이다. 현대차·기아가 개발한 셀프 힐링 기술은 상온에서 별도의 열원이나 회복을 위한 촉진가 없이도 두 시간여 만에 회복이 가능하고 반영구적으로 치유가 가능하다.

현대차·기아는 자율주행의 핵심 부품인 카메라 렌즈와 라이다 센서 표면 등에 적용을 검토하고 있다. 고객 안전을 위해 가장 효과가 클 것이라는 판단 때문이다. 향후에는 차량의 도장면이나 외장 그릴 등으로 적용 범위를 확대할 계획이다.

② 나노 캡슐로 부품 마모를 획기적으로 줄이는 '오일 캡슐 고분자 코팅'

오일 캡슐 기술은 나노 캡슐 내에 액체 윤활 성분을 포함해 낮은 비용으로도 높은 효과를 거둘 수 있다. 고체 윤활제와 같이 넓은 범위에서도 적용 가능하다. 발열과 마찰이 큰 차량의 핵심 동력 전달 부품에 적용돼 내구성과 효율을 개선할 것으로 기대된다.

현대차·기아는 엔진의 구동력을 바퀴에 전달하는 드라이브 샤프트에 기술을 적용해 제품 양산을 목표로 한다. 향기를 포함한 나노 캡슐을 실내 내장재 마감에 적용해 손길이 스칠 때마다 다채로운 향을 느낄 수 있게 하는 방안도 검토하고 있다.

③ 자동차·건물 등 투명 성능 요구되는 모든 창에 적용 가능한 '투명 태양전지'

태양전지는 실리콘 소재를 기반으로 제조돼 차량의 글라스처럼 투명한 성능이 요구되는 곳에는 적용이 어려웠다. 현대차·기아가 공개한 '투명 태양전지'는 우수한 전기적·광학적 특성을 지닌 페로브스카이트 소재를 이용했다.

페로브스카이트는 광전효율이 높아 발전효율이 실리콘 태양전지 대비 30% 이상 높다. 현대차·기아는 셀 단위(1㎠) 연구에서 벗어나 대면적(200㎠ 이상) 투명 태양전지를 개발했다. 모듈 단위로 커진 상황에서 1.5와트(W)급 성능을 보이는 투명 태양전지를 개발한 것은 세계 최초다.

④ 세계 최고 수준의 효율을 자랑하는 모빌리티 일체형 '탠덤 태양전지'

현대차·기아는 실리콘 태양전지 위에 차세대 태양광 소재인 페로브스카이트를 접합해 만든 '탠덤 태양전지'에 주목하고 있다. 두 개의 태양전지를 적층해 서로 다른 영역대의 태양광을 상호 보완적으로 흡수해 35% 이상의 에너지 효율 달성이 가능하다.

친환경차의 후드·루프·도어 등 태양광을 직접적으로 많이 받는 부위에 탠덤 태양전지를 적용하는 것만으로도 일상 주행이 가능한 전력을 생산할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 현재 일 평균 태양광 발전만으로(국내 평균 일조량 4시간 기준) 20㎞ 이상의 추가 주행거리를 확보하는 것을 목표로 하고 있다.

⑤ 센서 없이 압력만으로 사용자의 생체신호 파악하는 '압력 감응형 소재'

'압력 감응형 소재'는 별도의 센서 없이 소재에 가해지는 압력을 전기 신호 형태로 변환하는 기술이다. 차량의 발열시트 폼 내부에 적용돼 탑승자의 체형 부위만 정확하게 발열시켜 준다. 필요하지 않는 부위의 발열을 억제함으로써 전동화 차량의 추가 주행거리 확보가 가능해진다.

현대차·기아는 발열시트 외에도 다양한 미래 기술과 연계해 고객에게 새로운 편의를 제공할 계획이다. 자율주행 시대에는 탑승자의 호흡·심박수와 같은 생체 신호를 감지해 건강 상태를 진단하는 서비스도 가능할 것으로 예상된다.

현대차그룹 나토 데크데이에서 공개된 '투명 복사 냉각 필름'/ 강태윤 기자

⑥ 차량 내부의 온도 상승을 획기적으로 저감하는 '투명 복사 냉각 필름'

'투명 복사 냉각 필름'은 차량의 유리에 부착돼 더운 날씨에도 별도의 에너지 소비 없이 차량 내부의 온도 상승을 낮추는 기술이다. 특히 차량의 글라스에 적용할 수 있을 정도로 양산성을 고려해 대면적화까지 성공한 사례는 현대차·기아가 세계 최초다.

기존 틴팅 필름이 외부의 열 차단만 가능한 반면 투명 복사 냉각 필름은 열을 외부로 방출해 차량 내부 환경을 쾌적하게 하는 동시에 탄소 저감 효과까지 얻을 수 있다. 현대차·기아가 자체 시험 결과, 복사냉각 필름을 부착한 차량은 기존 틴팅 필름 적용 차량보다 최대 7℃가량 실내 온도가 낮아졌다.

홍승현 현대차·기아 기초소재연구센터장은 "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.

현대차그룹 나토 데크데이에서 공개된 '압력 감응형 소재'/ 강태윤 기자