추위 취약한 전기차, 금속섬유로 한계 보완한다

전기연 이동윤(가운데) 박사팀이 겨울철 전기차의 온돌형 난방을 실현하는 고효율 고유연 '금속섬유천 면상 발열체' 기술을 개발했다. 전기연 제공

추위에 약한 전기차의 단점을 보완할 수 있는 기술이 나왔다. 금속섬유를 이용해 낮은 온도에서 성능이 떨어지는 전기차 배터리의 한계를 개선하며 에너지 절감에 기여할 것으로 전망된다.

한국전기연구원(KERI·이하 전기연)은 전기변환소재연구센터 이동윤 박사팀이 전기차 단점을 보완하는 고효율·고유연 금속섬유천 면상 발열체 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

배터리 최적 동작은 20~40도로, 적정 온도보다 높거나 낮으면 성능이 떨어진다. 미국환경보호청에 따르면 영하 7도에서 전기차의 전비는 34% 떨어져 상온보다 57%가량 줄어든다. 이를 조절하기 위해 가열이나 냉각이 이뤄지다 보면 전기가 에너지가 더 소모될 수밖에 없다. 일반 내연기관차량은 엔진 폐열을 열원으로 난방 등 실내 온도를 조절하지만 전기차는 폐열이 부족해 히터 등 별도 시스템이 필요하다.

이동윤 박사 연구팀은 전기차 성능 향상을 위한 열 관리 시스템으로 과거 옷감형 태양전지, 발열 의류 기술 개발을 노하우로 활용해 금속섬유천 면상 발열체 기술을 고안했다. 높은 열 전도성과 내구성의 실로 가느다란 스테인리스강 미세 와이어(SUS316L)을 제직해 천을 만들고 이것을 발열체로 적용될 수 있도록 세부기술을 복합적으로 적용했다. 여기에 전기를 흘리면 금속이 가진 내부저항에 의해 최대 500도까지 발열이 일어나는 구조다.

금속섬유천은 선이 아닌 면 형태를 가져 온열 기능에 고른 온도 분포를 보이고 유연성도 뛰어나 차량 내부 곡면 어디서도 손쉽게 부착할 수 있다. 같은 양의 전기를 발열체를 흘렸을 때보다 기존 열선 방식 대비 금속섬유천이 10~30% 높은 발열 성능을 보여 효율 측면에서도 우수하다. 단선이나 부분 손상에서도 성능을 유지하며 안정적으로 발열하는 것도 장점이다.

차량용 카시트에 적용된 금속섬유천. KERI 기술은 기존 선(line)이 아닌 넓은 면(space)의 형태를 가져 발열 효율이 높, 단선이나 부분 손상이 발생해도 성능을 유지한다. 전기연 제공

겨울철 전기차 온돌형 난방을 실현하는 KERI '금속섬유천 면상 발열체.

연구팀은 이러한 금속섬유천 면상 발열체가 전기차의 온돌형 바닥 난방을 실현할 최적 기술로 평가하고 있다. 실내가 건조한 공기 가열식 난방이 아닌 복사열 방식이다.

이 기술은 전기차뿐 아니라 반도체 생산 장비와 화학 플랜트 배관, 기계 발열장치 등 제조업과 안마의자, 전기담요, 레저용 난방기 등 생활용, 의료용, 군용 등 균등한 발열이 필요한 다수 산업군에 적용할 수 있을 것으로 보인다.

이동윤 전기연 박사는 "금속섬유는 실과 달리 뻣뻣해 직조가 매우 어려웠는데 직물 생산·가공 업체인 (주)송이실업과 형버해 오랜 노력 끝에 금속섬유 전용 직조기 그리고 제직 패턴을 개발할 수 있었다"며 "금속섬유만으로 면 형태의 발열체를 제작한 건 세계 최초다. 우리 성과를 통해 기업들의 에너지 비용 절감과 범국가적 탄소중립 실현까지 기대할 수 있을 것"이라고 말했다. 임효인 기자