WPM 사업화 촉진 제주 ‘전기차 신소재포럼’서 공개



차세대 전기차 배터리와 신합금 강판, 플렉서블 디스플레이 기판 등 신소재 기술이 대거 사업화에 들어갔다. 

제주국제컨벤션센터(ICC)에서 지난 17∼23일 개최된 ‘제4회 국제전기자동차 컨퍼런스’ 중 ‘전기자동차 신소재 포럼’에서 이런 신소재 기술이 소개됐다. 포럼은 산업부와 산업기술평가관리원이 주최하고 WPM사업단이 주관했다. 소개된 기술은 사업화단계에 접어든 세계일류소재(WPM) 개발 일환으로 그간 개발된 마그네슘 신합금, 스마트강판, 고성능 이차전지, 플렉서블 디스플레이기판 소재기술 등이다.

▶‘고성능 이차전지소재 기술개발 및 사업화 현황’ (발표:최종서 WPM 고성능이차전지소재사업단 사무국장/삼성SDI 소재R&D센터)=세계 최고 수준의 리튬이온배터리(LIB) 전극소재 개발, 사업화로 전지소재 분야 세계 1위 경쟁력 확보가 추진되고 있다.

WPM 고성능이차전지소재사업단은 현재 LIB 양·음극소재 다양화를 추진 중이다. 이를 통해 양극소재는 고용량·저가격화를 통해 현재 kg당 500와트시(Wh) 수준을 700Wh/kg로 끌어올린다는 계획이다. 음극소재는 현재 1000Wh/kg를 2000Wh/kg로 장수명·저가격화를 실현한다는 방침이다.

이를 통해 전기차(xEV) 주행거리를 2017년 현재 충전당 210km에서 2020년까지 300km 이상으로, 에너지 저장장치(ESS)용의 경우 소재가격을 kWh당 165달러에서 120달러로 공급가격을 낮출 수 있을 것으로 전망된다.

사업단은 2012∼21015년 1, 2단계 사업을 통해 다양한 후보소재를 도출해내고 성능 향상과 재료조성 공법 개발을 완료했다. 이후 3단계(∼2018년)에서는 소재사업화 경쟁력 확보를 통해 세계 시장점유율 30%라는 목표 실현 기반을 구축하기로 했다.

기술개발에는 관련 대·중소기업, 대학, 연구소 포함 총 25개 기관이 참여하고 있다. 2017년 현재까지 사업화 준비를 위한 자체투자 1조7500억원이 집행됐다. 성과로는 누적매출 2320억원, 고용 797명이 창출됐다.

L사는 양극활물질(NCM) 양산라인을, 삼성SDI는 전기차(xEV)용 전지팩 생산라인을 구축했다. U사는 양극재공장 증설, P사는 음극재 생산라인 증설을 완료했다.

최종서 사무국장은 “소재 제조설비의 국산화와 제조공정 단축으로 제조원가를 절감해 삼성SDI, LG화학 등의 LIB 세계 1위 유지 및 점유율 확대를 지원하겠다”고 소개했다.

▶‘수송기기용 초경량 마그네슘(Mg) 소재 기술개발 현황’(발표:권경홍 WPM 마그네슘기술개발사무국장/포스코 신사업실)=WPM Mg사업단은 고기능성 신합금 개발을 추진 중이다. 마그네슘은 실용금속 중 가장 가볍다.

현재 Mg는 높은 가공비용, 이종접합 및 내식성 열위란 문제점을 안고 있다. 사업단은 이런 문제를 극복하고 소재 및부품개발 전공정에 걸쳐 공급사슬을 구축하는 게 목표다.

신합금 설계, 잉곳 제조, 부품 성형기술 개발이 진행 중이다. 성능평가는 국내외 완성차업체들이 담당한다.

현재 자동차 외장재 적용을 위한 Mg판재 신합금이 개발됐다. 사업단은 신합금으로 광폭판재 제조 및 자동차부품 적용을 추진하고 있다. 신합금은 접합 및 용접이 쉽고 내부식성이 높아 자동차에 적용되고 있다.

2014년 르노삼성 SM7 모델에 뒷좌석 격벽재(Luggage Retainer)로 세계 처음 적용됐다. 2015년엔 쌍용차 코란도C모델 스피커 진동판에, 포르쉐 911 모델의 지붕재(Roof)로 각각 쓰이고 있다. 자동차 경량화 요구에 부응하는 셈이다.

뒤이어 LG, 삼성, NEC는 초경량 노트북의 외장재(Cover)로 이 Mg 신합금판재를 쓰고 있다. 1kg에도 못 미치는 초경량 노트북이 실현된 것이다.

권경홍 사무국장은 “국내에 합금·표면처리·양산 등 공급사슬을 구축하고 고급차 시장 진출 확대하겠다. 자동차뿐 아니라 의료, 모바일, 우주항공 등 산업화용도도 늘려갈 계획”이라고 밝혔다.

▶‘친환경 스마트 표면처리 강판 개발현황 및 계획’(발표:김재양 WPM 스마트강판소재사업단 사무국장/포스코 광양연구소)=기존 표면처리강판은 습식기반인데다 두꺼운 코팅으로 생산성이 떨어진다. 또 가공과정에서 유해 화학물질과 많은 폐수를 발생시킨다는 점도 문제다. 이의 대안으로 건식 코팅기술 개발경쟁이 치열, 유럽 등지에서 기술개발에 나서고 있다.

요구되는 것은 건식으로 빠르고 얇게 코팅하면서도 내식성과 내구성이 높은 강판이다. 기술 개발 이후 관건은 누가 빨리 양산설비를 갖추고 가격경쟁력을 확보하느냐로 모아진다.

사업단은 아연-마그네슘(Zn-Mg) 합금 코팅강판과 알루미늄-마그네슘(Al-Mg) 합금 코팅강판 개발을 추진하고 있다.

최종 목표는 2018년까지 발청 1000시간, 코팅두께 5㎛, 코팅속도 600 μ.mpm의 기술을 확보하는 것. 2017년 현재 600hr, 3μ, 600μ.mpm에 이르고 있으며, 세계 최고 수준의 기술을 확보했다.

양산기술에서 특히 중요한 것은 고속코팅 및 대량생산 기술과 광폭·연속 코팅기술 개발이다.

특히, 사업단이 개발 중인 아연-마그네슘 합금코팅의 경우 유럽의 아연연속코팅 기술에 비해 후도금이 필요 없어 공정이 단순화되는 게 장점으로 꼽힌다.

현재 자동차산업에서는 연비와 안전성 개선을 위해 가볍고 단단한 고장력강판(AHSS) 및 기가급 강재의 적용이 증가하는 추세다. 사업단은 기존 도금강판이 제공하기 어려운 고강도강의 스마트 도금강판과 솔루션 제공을 통해 신규 시장을 창출한다는 계획이다.

또한 고객 맟춤형 코팅을 통해 자동차용 뿐 아니라 가전 및 건자재 용도로도 확대할 방침이다.

김재양 사무국장은 “소재와 용도를 다양화해 시장수요를 최대한 창출하겠다”고 말했다.

▶‘플렉서블 디스플레이용 플라스틱 기판소재 개발 현황’(발표:김상균 WPM 플렉서블디스플레이용기판소재사업단 사무국장/코오롱중앙기술원 책임연구원)=2010년 9월 시작된 이 사업과제는 코오롱과 LG화학이 참여해 79개월만인 이달 31일 종료된다. 플렉서블 디스플레이용 고특성 저원가 플라스틱 기판 개발로, LCD 분야 중국의 추격을 뿌리치고 차세대 디스플레이시장을 선점하는 게 비전이다. 이를 통해 소재-부품-장비로 이어지는 건강한 산업생태계를 조성한다는 계획이다.

사업목표는 2020년 세계시장 점유율 21%, 매출 3222억원 달성이다.

사업단은 향후 적용범위 확대와 양산화 준비에 나서게 된다. 플라스틱 소재와 필름 개발은 코오롱과 경인양행이 투명 PI 바니시(PI Varnish·액상 반제품), 삼성SDI와 SMS는 불투명 PI 바니시를 담당한다. PI 바니시는 플렉시블 디스플레이의 기판 재료다. 플렉시블 디스플레이용 배리어 필름은 LG화학과 아이컴포넌트가 수요기관인 LG디스플레이와 협업을 통해 사업화에 나서고 있다.

김상균 사무국장은 “차세대 기판소재 개발은 플렉서블 디스플레이 뿐 아니라 유연 전자산업 기반 및 요소기술 확보도 기대된다”며 “2020년께 유연 전자산업 시장규모는 500억달러에 이를 것으로 예상되는데, 이를 선점하는 효과가 있다”고 말했다.

조문술 기자/freiheit@heraldcorp.com