[트렌드] 전기차의 숨은 영웅: 3M의 혁신 소재가 바꾸는 미래 모빌리티

“복잡함을 단순화하라.”

간단명료한 3M의 이 철학은 급변하는 자동차 산업에서 더욱 빛을 발하고 있다. 내연기관에서 전기차로, 수동 주행에서 자율주행으로 변화하는 모빌리티 혁명의 최전선에서 3M은 첨단 소재와 혁신적인 솔루션으로 이 대전환을 주도하고 있다. 현대 사회가 경험하고 있는 모빌리티 분야의 급격한 변화 속에서, 3M은 기술적 도전과제를 해결하는 혁신적인 접근법으로 주목받고 있다.

◇모빌리티 산업의 대전환과 3M의 역할

자동차 산업은 이제 단순한 운송 수단을 넘어 지속 가능한 미래를 위한 총체적 변화를 맞이하고 있다. 내연기관(ICE)에서 하이브리드 및 전기차(EV)로의 전환, 자율주행 기술의 발전, 그리고 승객 경험의 재정의 등 다양한 측면에서 변화가 이루어지고 있다. 이러한 변화의 중심에서 3M은 첨단 기술과 솔루션을 통해 미래 모빌리티의 발전을 선도하고 있다.

3M 글로벌 전략 어카운트 테크니컬 리드 주형석 상무는 “전기차로의 전환은 경량화, 열 관리, 에너지 제어 등 차량 설계 전반에 혁신을 요구하고 있다”고 강조한다. 이러한 변화에 대응하여 3M은 첨단 소재와 기술을 개발, 제공함으로써 자동차 제조업체들이 새로운 에너지 생태계에 적응할 수 있도록 지원하고 있다.

◇자동차 전동화: 단순한 변화를 넘어선 혁신

자동차 전동화는 단순히 동력원을 바꾸는 것 이상의 의미를 가진다. 이는 차량 설계 전반에 걸친 근본적인 변화를 요구하며, 경량화, 열 관리, 기계적 에너지 제어 등 다양한 설계 요소가 전동화와 함께 진화하고 있다.

전기차의 핵심인 배터리 시스템에 있어 3M은 다양한 형태의 배터리 셀을 위한 통합 솔루션을 제공한다. 이러한 솔루션은 배터리의 성능 향상뿐만 아니라 안전성과 수명 연장에도 큰 기여를 하고 있다.

◇배터리 열 폭주 방지: 안전성의 핵심

배터리 안전성의 가장 중요한 부분 중 하나는 열 폭주의 방지이다. 3M은 낮은 열전도율과 우수한 온도 안정성을 갖춘 차단재를 개발하여 배터리 셀 간의 열 폭주 전파를 효과적으로 방지한다. 이 솔루션은 셀과 모듈 사이, 배터리 덮개 아래 등 다양한 위치에 적용되어 배터리의 전반적인 안전성을 크게 향상시킨다.

3M의 배터리 부품 테스트 랩에서는 토치 & 그릿 평가 장비 등을 활용하여 다양한 테스트 방법으로 소재의 성능을 평가하고, 고객의 설계 요구를 정확히 충족시키는 제품을 개발하고 있다.

통기 경로 보호 또한 전기차 배터리 안전에 중요한 요소로, 3M은 이에 대한 솔루션도 함께 제공하고 있다. “배터리 안전성은 전기차 보급의 가장 중요한 선결 조건이다”라는 배터리 전문가의 말처럼, 3M의 차단재는 배터리 화재 확산을 효과적으로 방지한다.

◇강력한 결합, 가벼운 무게: 프릭션 심 혁신 기술

전기차 개발의 핵심 과제 중 하나는 차량의 무게를 줄이면서도 강도를 유지하는 것이다. 이는 주행거리와 에너지 효율성에 직결되기 때문에 자동차 제조업체들이 끊임없이 해결책을 모색하는 분야다. 3M의 프릭션 심(Friction Shim) 기술은 이러한 문제를 혁신적으로 해결할 수 있는 솔루션으로 주목받고 있다.

프릭션 심은 니켈 코팅된 강철 심에 미세한 다이아몬드 입자를 포함시켜, 접합면 사이에 강력한 결합을 형성하는 기술이다. 두 부품이 맞닿는 면에 압력이 가해지면 다이아몬드 입자가 표면에 깊숙이 파고들어 결합력을 극대화한다. 이를 통해 기존 마찰 방식보다 훨씬 높은 수준의 고정력을 제공하며, 추가적인 볼트 사용 없이도 강한 조인트 결합을 유지할 수 있다.

특히 전기차에서는 배터리 마운트, 섀시, 서스펜션과 같은 주요 구조물에서 부품 간 연결이 매우 중요한 역할을 한다. 프릭션 심을 적용하면 이러한 부위에서 추가적인 볼트나 강화 장치 없이도 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 이는 공간이 제한적인 파워트레인 부품 간 결합에도 유용하게 활용될 수 있다. 볼트 크기를 증가시키거나 새로운 고정 장치를 추가할 필요 없이, 기존 설계 그대로 높은 강도를 유지할 수 있기 때문이다.

경량화 측면에서도 프릭션 심의 장점은 두드러진다. 부품의 크기나 무게를 늘리지 않으면서도 높은 하중을 견딜 수 있어, 더 작고 가벼운 볼트를 사용할 수 있다. 결과적으로 차량의 전체 중량을 줄여 주행 성능을 향상시키고, 연비 효율성을 극대화하는 데 기여한다.

또한, 자동차에서 발생하는 소음과 진동(NVH, Noise, Vibration, Harshness) 문제 해결에도 효과적이다. 볼트 연결부는 주행 중 미세한 움직임을 일으켜 불필요한 소음과 진동을 발생시키는데, 프릭션 심이 이러한 문제를 완화해 승차감을 개선한다. 동시에 부품 간 마찰로 인한 마모를 줄여 조인트의 내구성을 향상시키는 효과도 기대할 수 있다.

자동차 산업에서는 지속적으로 경량화와 구조적 안정성 확보가 중요한 과제로 떠오르고 있다. 3M의 프릭션 심 기술은 이러한 요구에 부합하며, 향후 다양한 전기차 모델에 적용될 가능성이 높다. 특히 자동차 제조업체들이 기존 설계를 대폭 변경하거나 생산 공정을 복잡하게 만들지 않고도 조인트의 강도를 높이고 안정성을 유지할 수 있다는 점에서 실용성이 크다.

이 기술을 활용하면 기존의 조립 방식보다 더 안정적이고 신뢰성 높은 연결을 구현할 수 있어, 자동차 제조사와 소비자 모두에게 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대된다.

◇경량화 솔루션: VHB 테이프 맥스 시리즈

3M의 VHB 테이프 맥스 시리즈도 경량화에 기여하는 또 다른 혁신 제품이다. 자동차 제조업체는 전기차의 주행 거리를 개선하기 위해 끊임없이 노력하고 있으며, 경량화는 이와 관련된 중요한 접근 방식이다.

이 강력한 양면 폼 테이프는 자동차 제조에 사용되는 다양한 표면을 접착하는 제품으로, 무거운 리벳, 용접, 나사를 대체하여 차량의 무게를 줄이면서도 강한 접착력을 제공한다. 이를 통해 디자인, 구조, 미관 및 제조 생산성을 향상시킬 수 있어 전기차 개발의 핵심 요소로 자리잡고 있다.

◇글라스버블: 작지만 큰 영향력을 가진 혁신

머리카락보다 더 작은 속이 비어 있는 유리 구체인 3M™ Glass Bubbles는 다양한 자동차 부품에 첨가되어 놀라운 성능 향상을 가져온다. 화학적으로 안정적이고 내수성과 내유성이 뛰어난 이 제품은 경량화와 단열 성능 향상에 큰 기여를 한다.

새롭게 개발된 저밀도의 고강도 글라스버블은 3M의 최신 배합 기술이 적용되어 기존 제품인 K37 제품과 비교 시 더 단단하고 가벼워 이 신제품을 사용하면 약 13% 첨가량을 줄일 수 있다. 또한, 제품의 더 낮은 열전도율로 인하여 단열성능이 향상되었다.

글라스버블의 응용 범위는 자동차를 넘어 건축, 수소 에너지 등 다양한 산업으로 확장되고 있다. 자동차 부품에 사용될 때는 부품의 전체 무게를 줄여 연비 성능을 향상시킬 수 있고, 페인트에 혼합하면 햇빛을 반사하여 건물을 더 시원하게 유지하고 에너지 비용을 절감할 수 있다.

◇서비스 가능성: 지속 가능한 배터리 관리

전기차 배터리의 수리, 재사용, 재활용은 지속 가능한 미래를 위한 필수 요소이다. 3M의 실란트는 배터리 인클로저와 덮개의 손쉬운 개폐를 가능하게 하여 수리와 재활용을 용이하게 한다.

배터리 케이스용 3M 실란트는 견고한 밀봉을 제공하면서도 필요할 때 쉽게 분리할 수 있어, 배터리의 유지 보수와 재활용 과정을 크게 개선한다. 이를 통해 배터리의 수명 주기 동안 환경 영향을 최소화하고 자원 효율성을 높일 수 있어, 전기차의 전체적인 환경 발자국을 줄이는 데 기여하고 있다.

◇배터리 전기 절연 및 연결 솔루션

배터리의 에너지 효율적인 설계를 위해 전기 절연과 안정적인 연결은 필수적이다. 3M은 셀 캔, 냉각판, 배터리 모듈 등 고부가가치 부품의 절연을 위한 다양한 소재를 제공한다. 이러한 소재는 높은 전압 저항, 열 전도성, 장기적인 유전 강도를 갖추고 있어 고온 전기 절연 응용 분야에 적합하다.

안정적인 전기 연결은 배터리 시스템의 성능과 안전성을 결정짓는 중요한 요소이다. 3M의 전기 절연 및 연결 솔루션은 배터리 시스템 내의 모든 구성 요소 간의 안정적인 전기적 상호 작용을 보장하여, 전체 시스템의 효율성과 수명을 향상시킨다.

◇자동화된 정밀 페인트 수리 시스템

차량 조립 과정에서 도장 후 발생하는 품질 문제를 수리하는 공정은 전통적으로 시간과 노동이 많이 소요되는 작업이었다. 3M™ Finesse-it™ 로봇 페인트 수리 시스템은 이 문제를 혁신적으로 해결한다.

이 시스템은 자동으로 외부 도장의 결함을 식별하고 문제 해결을 위한 정확한 수리 전략을 신속하게 제공한다. 이를 통해 노동 문제를 줄이고 더 일관된 품질을 가능하게 한다.

업계 최초로, 제너럴 모터스는 스프링 힐 공장에서 3M의 완전 자동화 시스템을 도입했으며, 이는 노동력 문제 해결과 일관된 품질 유지에 큰 도움이 되고 있다. 이러한 자동화된 품질 관리 시스템은 자동차 제조의 효율성과 품질을 동시에 향상시키는 핵심 기술로 자리잡고 있다.

◇승객 경험의 혁신: 편안함과 효율성

모빌리티의 발전과 함께 승객의 기대와 요구도 빠르게 변화하고 있다. 승객의 편안함과 만족도를 높이기 위해 디스플레이 가독성, 센서 배치 최적화, 실내 온도 관리 등 다양한 분야에서 혁신이 필요하다.

3M™ 오토모티브 컴포트 솔라 필름(Automotive Comfort Solar Film)은 태양 에너지의 부정적인 영향을 줄여주어, 항력 감소와 더 큰 선루프를 허용하는 디자인을 가능하게 하면서 실내 편안함을 향상시킨다. 이 필름은 실내 온도를 낮춰 냉방을 위한 배터리 수요를 줄일 수 있어 전기차의 효율성을 높인다.

또한, 이는 금속이 포함되지 않은 필름으로 라디오 신호나 5G를 포함한 모바일 장치와의 간섭을 일으키지 않는다. 이를 통해 배터리 효율성을 개선하면서도 더 큰 디자인 제어가 가능하여 승객의 편안함과 연결성을 동시에 향상시킬 수 있다.

◇지속가능한 미래를 위한 약속

“우리는 복잡한 문제를 단순화하는 솔루션으로 모빌리티의 미래를 설계하고 있습니다.” 주형석 상무의 말처럼, 3M은 고객과의 협력을 통해 모빌리티 분야의 혁신을 주도하고 있다.

3M은 첨단 소재 과학 솔루션을 제공하여 전기차 배터리 설계, 자율주행 기술, 승객 경험 개선 등 다양한 분야에서 지속 가능한 발전을 추구하며 소재 과학의 힘으로 자동차 산업의 대전환을 이끌고 있다.

복잡한 문제를 단순화하는 혁신적 접근법으로 3M은 더 안전하고, 더 가볍고, 더 지속가능한 모빌리티의 미래를 향해 나아가고 있으며, 계속해서 산업의 변화를 선도하는 솔루션을 개발할 것이다.

정은지 기자 blue@viva100.com