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고효율 열관리 소재로 전기차 안정성 높혀

글쓴이 : 아이유캠 날짜 : 2021-01-29 (금) 12:59

고효율 열관리 소재로 전기차 안전성 높인다


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<격자구조소재 다기능성>

 

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 스마트재료공정연구실 김상우 박사 연구팀이 ㈜하이박(대표 박재용), 한국자동차연구원과 함께 단위셀의 기하학적 형상설계로 기계적&#8228;열적 특성을 인위적으로 제어하는 3차원 금속격자구조소재 양산형 제조기술을 활용해 전기자동차용 알루미늄 배터리 열관리 시제품 개발에 성공했다.

 

재료硏, ㈜하이박과 격자구조소재 기술을 활용한
전기차용 배터리 열관리 시제품 개발

 

격자구조소재는 특정형상의 단위셀이 규칙적으로 배열되어 인위적인 다공구조를 형성시킨다. 단위셀의 소재와 형상, 크기, 배열의 설계를 통해 기계적 및 열적 특성을 제어할 수 있다. 경량성과 에너지흡수성, 열전달 특성이 우수해 2개 이상의 기능을 동시에 갖춘 다기능 소재로 응용분야에 최적화된 맞춤형 설계가 가능하다.
구체적으로 불규칙적인 다공구조나 체적소재에 비해 비강도와 비강성이 우수해 항공기, 자동차, 선박 등 수송기기의 초경량 구조재료에 적용될 수 있으며, 외부의 충격 하중을 내부구조가 흡수하는 충격에너지 흡수능 또한 우수해 내충격 재료, 방탄 및 방폭 재료로서의 잠재적 가능성도 함께 갖고 있다. 또한, 개방형태의 격자구조는 표면적이 넓고 내부유동이 균일하여 전열특성이 우수하고 압력손실이 작아 열교환기, 히트싱크 등 다양한 열에너지 관리 장치에 활용 가능하다.
하지만, 미국&#8228;영국 등 일부 기술선진국에서 방위산업분야를 제외하고는 민간분야에서 산업화가 쉽게 이루어지지 않고 있는데, 복잡한 내부 형상으로 인한 제조공정 비용의 증가가 가장 큰 원인으로 지목되고 있다.
한국재료연구원은 금속소성가공기술로 단층 3차원 격자구조를 제작한 후 ㈜하이박에서 이를 다층으로 조립해 진공브레이징 접합을 통해 3차원 금속격자구조소재를 제조했다. 이러한 방식은 전통적인 금속가공 및 접합기술인 소성가공기술과 진공브레이징기술을 활용한 것으로 별도의 설비 도입 없이 기존의 제조 인프라만으로 대량 생산이 가능한 이점을 가진다.

 

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<단층격자구조소재>

 

경량기능성 부품으로 적용 가능해
미래 수송기기 등 다양한 산업분야에 확대 적용

 

최근 자동차제조업체들은 환경규제로 인해 친환경자동차 및 자율주행차 기술 개발에 주력하고 있다. 이러한 차량은 고용량 배터리, 모터를 비롯한 각종 전장부품이 추가 장착되고 있어, 차량 중량 증가 및 고열 발생으로 인한 경량화 및 방열성능 향상 기술개발에 집중하고 있다.
금속격자구조소재는 고강성의 경량구조와 함께 에너지 흡수능, 열관리 능력을 동시에 구현함으로써 경량&#8228;기능성 부품으로 적용이 가능해 미래 수송기기를 비롯한 다양한 산업분야에 확대 적용이 가능하다.
한국재료연구원 김상우 책임연구원과 기술실시기업 ㈜하이박 박재용 대표는 “금속격자구조소재가 적용된 전기차용 배터리 열관리 시제품 개발 및 특성평가를 통해, 본 기술이 적용된 제품의 경량구조 특성과 방열 특성의 향상을 입증할 수 있었다.”며, “향후 다양한 산업분야의 고효율 다기능성 제품으로 활용하기 위한 초석을 다지는 계기가 될 것으로 기대된다”라고 말했다.
연구팀은 현재 8건의 금속격자구조소재 제조기술에 대한 국내외 특허를 보유 중에 있다. 또한 진공브레이징 기반의 열교환기 전문생산기업인 ㈜하이박과의 기술이전 및 협력을 통해, 향후 5년 내에 격자구조소재가 적용된 전기자동차용 배터리 열관리 제품의 사업화를 목표로 하고 있다. 사업화가 성공적으로 이루어질 경우, 연 100억 원 이상의 매출이 기대된다.
본 연구 성과는 산업통상자원부의 ‘핵심소재원천기술개발사업(고강도 및 방열특성을 갖는 경량 다기능 PCM(Periodic Cellular Material) 설계 및 제조기술 개발)’의 지원을 받아 수행됐다.

 


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