글로벌에너지기구(IEA*)에 따르면 글로벌 전기차 판매량은 1,130만대(2020년)에서 2억3,000만대(2030년)로 급증할 것이라고 전망했습니다. 이에 전기차 설계에 있어 필수적인 자성소재가 주목받고 있어요. 완성차 업계에서는 자성소재의 수요가 늘어나고 있으며, 소재ㆍ부품 업계에서는 전장부품용 자성소재의 개발에 주력하고 있는 추세입니다.
*IEA : International Energy Agency
전기차는 물론 TV, 핸드폰, 에어컨 등 생활에 밀접한 전자제품에 폭넓게 사용되는 자성소재. 과연 전자기기 안에서 어떤 역할을 할까요? 작지만 강한 힘, 자성소재에 대해 알아보겠습니다.
자성소재란?
자성소재는 자기, 즉 자석과 같은 성질을 띈 물체가 쇠붙이 등을 끌어당기는 성질을 가진 소재입니다. 자성소재는 연자성(soft magnetism) 소재와 경자성(hard magnetism) 소재로 나뉘는데요. 연자성은 자기장이 발생할 때만 자성을 가졌다가 자기장이 사라지면 다시 소실되는 반면, 경자성은 한번 자성을 가지면 사라지지 않는다는 것에서 차이점이 있어요. 연자성은 교류 전자파에 의한 에너지 손실을 최소로 할 필요가 있을 때 사용되고, 경자성은 영구자석으로 사용됩니다.
보통 저손실소재를 사용하면 해당 부품의 에너지 효율이 증가하고, 불필요한 온도상승을 억제하는 효과가 있습니다. 에너지 효율이 높아지면 자연히 기기의 수명이 늘어나는 것은 물론, 장기적으로 해당 제품에 대한 신뢰도를 높일 수 있겠죠. 기존 부품보다 소형화된 제품을 만들 수도 있고요. 다시 말해, 저손실소재인 자성소재를 이용하여 부품설계를 최적화하면 제품의 소형화와 함께 에너지 효율도 높일 수 있게 되는 것입니다.
특히 ‘페라이트’(ferrite)는 가격이 저렴하면서도 자성이 우수해 여러 분야에서 광범위하게 활용되고 있는 대표적인 연자성 소재예요. 페라이트는 녹슨 철가루, 즉 산화된 철 성분으로 만들었어요. 녹슨 철가루는 부도체의 특성을 갖추고 있어 열이나 전기를 잘 전달하지 않죠. LG이노텍의 전장부품과 기판소재 다수 제품에도 페라이트가 활용되고 있어요.
전자제품 생산에 필수적인 자성소재
자성소재는 자동차, 전자기기, 가전제품 등 다양한 분야에 사용되고 있어요. 전력을 안정적으로 공급하며, 전력 변환 장치에서 에너지 변환 효율을 높여주는 역할을 합니다. 컴퓨터 디스크 등의 데이터 저장에도 사용되고요. 전압을 바꾸거나 전류 파동으로 발생하는 불필요한 신호를 제거하는 데 쓰이기도 해요. 생활과 밀접해 있는 가전제품 이외에 재생에너지와 스마트 그리드* 등의 산업에도 활용되고 있습니다.
*스마트 그리드(SmartGrid) : 기존 전력망에 정보통신기술(ICT)을 더해 전력 생산과 소비 정보를 양방향, 실시간으로 주고받음으로써 에너지 효율을 높이는 차세대 전력망
정밀 검사를 돕는 MRI 또한 자성을 활용한 대표적인 기기예요. MRI 검사 전 장신구를 모두 제거하라고 하는 이유가 바로 MRI를 가동할 때 발생하는 강한 자기장 때문입니다. 나침반 또한 자석의 성질으로 지구 위에서 방위를 알아내는 도구랍니다.
자동차 분야에서 자성소재는 어떻게 활용되고 있을까요? 차량용 자성소재로 쓰이는 페라이트는 화학적으로 안정된 물질이며 부식될 위험이 없어요. 높은 신뢰성을 필요로 하기에 자동차 부품의 재료로 적합하죠.
보통 완성차에서 페라이트는 스위칭 전원용으로 사용되는데요. 전기자동차는 한번의 충전으로 장거리 주행이 가능해야 합니다. 전기차는 배터리와 전원장치가 작고 가벼울수록 오래, 무리 없이 달릴 수 있죠. 페라이트는 열 발생으로 인한 에너지의 손실을 방지하여 장거리 주행에도 도움이 됩니다. 부품을 소형화ㆍ경량화할 수 있다는 것 또한 장점이죠.
차량용 근거리 통신망(LAN) 또는 전자제어장치(ECU*)용 노이즈 대책부품의 개발에도 페라이트는 중요한 역할을 해요. 전기차에서 발생하는 노이즈가 전자파 장애의 요인이 될 수도 있기 때문입니다.
*ECU : Electronic Control Unit
고객경험 혁신하는 LG이노텍의 고효율 자성소재
LG이노텍은 2020년에 페라이트 X-2를 통해 우수한 성능을 자랑하는 자성소재를 선보였어요. 그리고 최근 X-2를 업그레이드하여 초저손실 페라이트 X-3를 개발했습니다. 페라이트는 차량용 DC-DC 컨버터, 차량용 배터리 충전기(OBC*) 등에 주로 사용되는데요. 하이브리드 및 전기차(EV) 라인업을 확대하고 있는 완성차 업계에서 주로 사용하는 핵심소재랍니다.
*OBC : On Board Charge
초저손실 페라이트 분야 세계 1위로서 입지를 다지기 위해, LG이노텍은 자성소재와 부품 관련 특허를 120여 개 확보했습니다. 지속적으로 자성소재와 관련된 전략특허를 출원하는 것은 물론, 혁신 소재에 대한 선행 개발에도 아낌없이 투자할 계획인데요. 꾸준한 연구개발 끝에 새롭게 선보인 X-3은 어떤 점이 차별화되었을까요? 한층 더 진보한 LG이노텍의 X-3을 여러분에게 소개합니다.
1) 더 유용하게, 효율을 높이는 내구성
페라이트는 발열에 대한 내구성이 강합니다. 영하 40℃에서 영상 150℃의 넓은 온도대역에서 페라이트가 발열에 얼마나 강한지를 측정해봤는데요. 실험 결과 X-3이 X-2보다 발열 온도가 4도 낮아졌으며, 전력손실은 30% 감소했다는 것을 알 수 있었어요.
여타 전자기기들 중에서도 자동차는 혹한ㆍ혹서 환경에 노출되는 빈도가 잦기 때문에, X-3처럼 강한 자성소재는 반드시 필요합니다. 과열로 인한 화재 위험을 줄일 수도 있다는 점에서도 필수적으로 사용할 필요가 있죠. 방열자재를 덜 써도 기존보다 동일하거나 개선된 에너지 효율을 높일 수 있다는 것 또한 차별화된 점이랍니다.
2) 더 가볍게, 전장부품 30% 소형화
X-3은 타사 소재에 비해 차량부품의 크기를 최대 30% 줄일 수 있어요. 가벼우면서도 유려한 디자인을 만들어내기 위해서는 전력밀도를 높여야 하는데요. 여기서 전력밀도는 지정된 공간에서 처리할 수 있는 전력을 측정한 수치를 말합니다. X-3를 사용하면 전력밀도를 31% 높일 수 있는 것으로 나타났죠. 부품이 소형화된 만큼 공간을 더 확보할 수 있고, 확보된 공간에 고성능 부품을 추가로 탑재할 수 있기 때문에 이전보다 더 업그레이드된 전기차를 만나볼 수도 있을 겁니다.
3) 더 빠르게, DX&AI의 활용으로 앞당긴 5년의 시간
좋은 성능의 기존 제품을 더 우수하게 업그레이드하는 일이기에, LG이노텍은 X-3의 개발 시기를 최소 7년 후로 생각했습니다. 하지만 디지털 트랜스포메이션(DX)과 인공지능(AI) 기반의 소재 성능 예측 기술 덕분에 목표 시기를 앞당겨, 2022년에 X-3를 개발해냈습니다. 기존에는 최적의 소재 조성비를 찾을 때까지 실재 소재로 실험을 거듭해야 했다면, 이제는 불필요한 실험을 하지 않아도 여러 가지 경우의 수를 머신 러닝 방식의 시뮬레이션으로 적용해가며 정확도를 높일 수 있게 되었기 때문이에요.
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세계 디지털 흐름을 주도하는 기술, DX(디지털 트랜스포메이션) & DT(디지털 트윈)
전세계 대부분의 기업들이 변하고 있습니다. 디지털 기술로 새로이 단장한 기업들은 빠르고 간편하게 제품을 생산하고, 직원들의 업무 방식 또한 스마트해졌죠. 4차 산업혁명 시대에 경쟁력을
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X-3는 2024년 상반기부터 상용화할 예정입니다. X-2가 적용됐던 부품도 모두 X-3로 대체할 계획을 갖고 있죠. 완성차 및 차량 부품 업체를 대상으로 프로모션을 진행하여 글로벌 고객들을 만족하게 할 예정입니다. 곧 장거리 운전에도 지치지 않는 편안한 승차감은 물론 수월한 주행을 도와줄 기능 또한 추가로 탑재된 완성차를 만나볼 수 있을 거예요. 완전자율주행 기술로 고객경험의 질을 높이고 고성능 전기차로 탄소중립을 실현할 수 있도록 노력하여 글로벌 No.1 소재ㆍ부품 기업의 자존심을 지키는 LG이노텍이 되겠습니다!
