한양대 한태희 교수팀, 전기차 주행거리 늘릴 '맥신 발열 섬유' 개발

한양대학교는 유기나노공학과 한태희 교수 연구팀이 현대자동차·기아와 협업해 자동차 내장재용 '맥신(MXene) 발열 섬유'를 개발했다고 10일 밝혔다.

기존 구리 발열선을 대체하면 경량화는 물론 전기차의 실내 열원으로 소모되는 전력량을 낮춰 항속 거리도 늘어날 것으로 기대된다.

전기차는 긴 주행거리 확보가 쟁점이다. 전기차는 엔진이 없으므로 겨울철 적정 실내 온도를 확보하려면 히팅 코일에 의한 전기에너지 소비로 말미암아 주행가능 거리가 짧아지게 된다.

또한 자동차 시트 등 피부에 닿는 부품에는 전통적으로 구리 발열체를 사용해 왔는데, 구리 발열체는 높은 에너지 소비와 무거운 무게로 인해 전기차의 효율성을 떨어뜨리는 단점이 있다.

한 교수 연구팀은 전기 전도성이 매우 높고 열 전도성이 낮은 특성을 가진 맥신과 탄소섬유 전구체인 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN)을 복합화·안정화해 고효율 발열 섬유를 제작했다. PAN의 탄소화 과정에 필요한 제작과정에서 맥신과의 복합화를 통해 공정 비용과 시간을 대폭 줄였다. 제작된 섬유는 발열에 필요한 에너지를 기존보다 400% 이상 감소시켰다. 이는 차량의 경량화와 열원 소요 전력의 감소를 통해 주행거리를 늘릴 수 있는 장점을 제공한다.

맥신 발열 섬유는 기계적으로도 안정하고, 99.9%의 습도와 80도(℃)의 환경에서도 안정적인 발열 성능을 유지할 수 있어 다양한 환경에서 사용할 수 있다. 자동차 내장재뿐 아니라 웨어러블 전자장치 분야에서도 응용될 수 있는 잠재력을 보였다.

이번 연구는 탄소 중립 목표 달성에도 이바지할 것으로 기대된다. 맥신 섬유를 사용하면 전기차의 에너지 효율성을 높이고, 배터리 사용 시간을 늘릴 수 있어 탄소 배출을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.

한 교수는 "맥신 발열 섬유는 차량 내장재나 웨어러블 디바이스와 같은 다양한 분야에서 범용적으로 활용할 수 있을 것으로 본다"고 밝혔다.

현대차 서재식·전홍찬 책임연구원은 "맥신 섬유가 차량 내장재로서의 고유 외관을 살리면서도 전기차의 에너지 효율성은 높이고, 경량화를 통해 주행 거리 향상에도 중요한 역할을 할 것"이라며 "제조 공정에서 투입되는 에너지 저감으로 탄소 중립 목표 달성과 자동차 산업 전반의 지속 가능성을 높이는 데 이바지할 것"이라고 강조했다.

한양대 정우재 석박통합과정생이 제1저자, 전홍찬 책임연구원이 공동연구원, 한태희 교수와 서재식 책임연구원이 교신저자로 참여한 이번 연구 논문(Highly Stable Heating Fibers of Ti3C2Tx MXene and Polyacrylonitrile via Synergistic Thermal Annealing)은 재료과학 분야 저명 국제학술지
'Small Methods'에 2024년 5월 게재됐다.

이번 연구는 현대자동차와 한국연구재단의 지원을 받았다.