전기차 배터리 안전의 핵심: 에어로겔 기술과 아스펜의 특허 전쟁

전기차 산업이 급속도로 성장하면서 배터리 안전성 문제가 큰 화두가 되고 있습니다. 특히 배터리 열폭주 현상은 심각한 화재나 폭발로 이어질 수 있어 이를 방지하거나 지연시키는 기술이 중요한 연구 분야로 주목받고 있습니다. 에어로겔은 이런 열폭주 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 소재로 각광받고 있으며, 특히 미국의 아스펜 에어로겔(Aspen Aerogels)은 이 분야에서 많은 특허를 보유하고 있습니다. 이 글에서는 에어로겔 기술, 아스펜의 특허 현황, 그리고 이를 피하기 위한 에어로겔 복합체 개발 현황 등에 대해 자세히 알아보겠습니다.

에어로겔이란? 초경량 신소재의 혁신적 성능

에어로겔은 공기(Air)가 가득 차 있는 다공성 겔(gel) 소재로, 주성분이 실리카 등으로 이루어진 무기계와 고분자 사슬로 이어진 유기계로 구분됩니다. 높은 기공율 및 비교면적을 가지도록 제조한 실리카(SiO2) 기반 소재가 대표적이며, 머리카락의 1만분의 1의 굵기를 가진 실리카 입자들이 3차원적으로 연결된 구조를 이루고 있습니다. 이러한 독특한 구조 덕분에 에어로겔은 열, 전기, 소리에 대한 우수한 저항성을 갖게 됩니다.

 

 

에어로겔은 "고체 공기"라고도 불리며 지구상에서 가장 가벼운 고체 소재 중 하나입니다. 무게는 공기보다 약 3배 정도 무겁지 않으면서도 열, 전기, 소리에 강한 특성을 지녀 미래 세계를 바꿀 신소재로 평가받고 있습니다. 이 소재는 상온과 고온에서 매우 안정적인 특성을 보이며, 그 안정성은 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있는 가능성을 넓혀줍니다.

특히 단열 성능이 뛰어나 열전도율 값이 9-10 mW/mK에 불과하여, 기존 단열재인 퍼라이트와 칼슘 실리케이트에 비해 6-7배 우수한 성능을 보입니다. 이는 에어로겔의 내부 구조가 열 전달을 효과적으로 차단하기 때문입니다. 두께가 6mm인 에어로겔 단열재도 50mm 두께의 셀룰라글라스 단열재와 비슷한 성능을 발휘할 수 있어, 공간 제약이 있는 곳에서도 효과적으로 활용할 수 있습니다.

에어로겔의 이러한 우수한 특성은 전기차 배터리의 안전성을 향상시키는 데 매우 중요한 역할을 할 수 있습니다. 특히 열 전도율이 낮고 내화성이 뛰어나 배터리 열폭주 상황에서 열이 인접 셀로 전파되는 것을 효과적으로 지연시킬 수 있습니다. 이는 전기차 배터리 시스템의 안전성을 크게 향상시키는 요소가 됩니다.

전기차 배터리 열폭주 현상의 위험성과 해결 필요성

전기차 화재 폭발사고 건수는 2021년 24건, 2022년 44건, 지난해 상반기에만 42건 등 매년 2배 이상 늘어나고 있습니다. 이러한 증가 추세는 전기차 보급 확대와 함께 안전 문제가 더욱 중요해지고 있음을 보여줍니다. 전기차에서 화재가 발생하면 배터리의 온도가 순식간에 치솟는 '열 폭주'가 발생해 대형참사로 이어질 수 있습니다.

 

네이처 논문에 따르면, 전기차에서 화재가 나면 배터리 양극재의 열분해가 이뤄지며 내부 온도가 급격히 올라 15초 안에 1000도가 넘는 열 폭주가 발생할 수 있습니다. 이렇게 짧은 시간 내에 발생하는 극단적인 온도 상승은 대응 시간을 거의 허용하지 않기 때문에, 사전 예방이 매우 중요합니다. 또한 치명적인 불화수소가 발생하여 건강에도 심각한 위협이 됩니다. 한두 모금만 마셔도 치명적인 독성물질인 불화수소가 대거 새어나올 수 있어 더욱 위험합니다.

 

특히 소방차 진입이 힘든 지하 주차장 내 전기차 충전기에서 비롯된 화재 폭발은 인근 차량으로 쉽게 번질 수 있어 큰 위험요소입니다. 전기차 충전이 주로 이루어지는 지하 주차장에서 화재가 발생할 경우, 폐쇄된 공간으로 인해 진화가 어렵고 대피에도 시간이 소요되어 더욱 위험한 상황이 발생할 수 있습니다.

 

배터리 열폭주는 배터리셀 하나의 폭발로부터 시작됩니다. 전기차에는 배터리셀이 사양에 따라 100~300개가 팩 형태로 조립돼 있습니다. LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 국내 배터리사의 파우치셀 케이스는 주로 얇은 알루미늄으로 만들어져 충전 시 셀이 부풀었다가 방전 시 수축되는 현상을 반복합니다. 이때 양극재로 쓰이는 NCM(니켈 코발트 망간)이 배터리셀 안의 물질과 반응해 화학적으로 불안정해지면 폭발 위험이 커집니다.

 

CATL, BYD와 같은 중국 배터리사는 주로 각형 셀을 적용해 폭발 위험이 상대적으로 낮다고 평가돼 왔으나, 실제로는 화재 폭발 위험에 여전히 노출되어 있습니다. 배터리 전문지인 배터리스뉴스에 따르면, 중국 내 전기차 폭발 사건이 적어도 하루 7회꼴로 발생하고 있다고 합니다. 이는 각형 셀 또한 완전한 안전을 보장할 수 없다는 것을 보여줍니다.

따라서 배터리 셀의 폭발 위험을 낮추기 위한 기술이 필요하며, 대표적인 방법으로는 배터리 열 폭주 지연 소재를 적용해 셀 하나가 폭발하더라도 옆셀로 전이되는 것을 최대한 늦추는 것입니다. 셀과 셀 사이나 배터리 팩 상부 등에 필름이나 패드 소재를 넣는 방식이 주로 사용되고 있습니다. 이러한 방식은 배터리 시스템 전체의 안전성을 향상시키는 데 효과적인 접근법입니다.

아스펜 에어로겔(Aspen Aerogels)의 성장과 기술력

아스펜 에어로겔은 전기차 배터리의 화재를 억제하는 '열 차단막' 제조 전문 기업으로, 미국에 본사를 둔 기업입니다. 이 회사는 에어로겔 기술 분야에서 선도적인 위치를 차지하고 있으며, 특히 배터리 안전 분야에서 주목받고 있습니다. 아스펜은 NYSE에 상장된 기업으로(심볼: ASPN), 지속적인 기술 개발과 특허 확보를 통해 시장에서의 입지를 강화하고 있습니다.

최근 미국 에너지부(DOE)가 아스펜 에어로겔에 최대 6억7000만달러(약 9120억원)를 대출할 예정이라고 발표하였습니다. 이는 조지아주 레지스터에 계획된 두 번째 에어로겔 제조 시설의 건설 자금을 지원하기 위한 것입니다. 이 투자는 아직 확정되지 않은 조건부 약정의 일부로, 아스펜 에어로겔의 기술력과 시장 잠재력을 보여주는 사례라고 할 수 있습니다.

이 투자로 해당 공장에서 550개의 건설 일자리와 255개의 풀타임 운영 일자리가 창출될 것으로 예상됩니다. 지역 경제 활성화에도 큰 기여를 할 것으로 보입니다. 이 공장은 연간 200만 대의 전기차에 열 차단재를 공급할 수 있는 용량을 가지고 있으며, 2027년에 생산을 시작할 예정입니다. 이는 전기차 시장의 지속적인 성장과 함께 에어로겔 수요가 크게 증가할 것으로 예상됨을 보여줍니다.

아스펜 에어로겔은 전기차 배터리가 과열되어 자체적으로 연소하는 열 폭주 현상을 방지하는 열 장벽을 제작합니다. 회사는 이미 제너럴 모터스(GM), 토요타, 아우디, 스카니아 등 주요 자동차 제조업체와 계약을 체결했으며, 미 항공우주국(NASA)과도 에어로겔 개발 계약을 맺었습니다. 이는 아스펜의 기술력이 다양한 산업 분야에서 인정받고 있음을 보여줍니다.

아스펜 에어로겔은 "PyroThin"이라는 브랜드의 제품으로 유명합니다. 이 제품은 전기차 배터리 팩의 열 폭주 현상을 완화하거나 중지시키는 역할을 합니다. PyroThin은 셀 간 수준에서 열 전파를 중지할 수 있음을 입증했으며, 주요 자동차 제조사들이 이 제품을 선택하는 이유는 압축 패드의 기계적 기능과 방화 장벽의 열 역할을 동시에 수행할 수 있기 때문입니다.

PyroThin은 배터리 엔지니어가 중국의 GB38031 및 UN의 ECE/TRANS/180/Add.20 등 국제 안전 표준을 충족하거나 능가할 수 있도록 지원합니다. 경량의 초박형 설계로 최대 체적 셀-팩 비율(VCPR)을 지원하며, 이는 전기차 배터리 패키징의 효율성을 높이는 데 기여합니다. 아스펜의 혁신적인 제품은 전기차 산업에서 배터리 안전성과 효율성 사이의 균형을 맞추는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

아스펜이 보유한 주요 배터리 열관리 특허 분석

아스펜 에어로겔은 다양한 특허를 보유하고 있으며, 특히 배터리 열 관리와 관련된 특허가 주목받고 있습니다. 이 회사의 주요 특허로는 미국 특허 제11,870,084호, 미국 특허 제11,912,579호, 미국 특허 제12,005,541호, 미국 특허 제12,100,848호, 미국 특허 제12,103,291호 등이 있습니다. 이들 특허는 아스펜 에어로겔의 공식 웹사이트(https://www.aerogel.com/ko/pat/)에 공개되어 있습니다.

특히 주목할 만한 특허 중 하나는 "세그먼트화된 섬유 보강재가 있는 강화 에어로겔 복합 시트"라는 제목의 미국 특허 제11931710B2호입니다. 이 특허는 강화된 에어로겔 복합 시트의 제조 방법에 관한 것으로, 세그먼트화된 섬유 보강재를 사용합니다. 특허 정보는 https://www.patentguru.com/assignee/aspen-aerogels-inc 에서 확인할 수 있습니다.

이 특허에 따르면, 복합 시트는 에어로겔과 섬유 보강재가 있는 세그먼트화된 보강재 시트로 구성됩니다. 세그먼트화된 보강재 시트는 그 너비를 가로지르는 불연속성에 의해 특징지어지며, 이 불연속성은 페이스 시트에 의해 연결된 세그먼트를 정의합니다. 인접한 불연속성 사이의 거리는 세그먼트화된 보강재 시트의 길이를 따라 증가하여 구조적 무결성에 기여합니다.

아스펜은 또한 독일에서도 다양한 실용신안을 통해 기술을 보호하고 있습니다. 여기에는 DE202023105118U1, DE202020005871U1, DE202021004280U1, DE202022002799U1, DE202022002863U1, DE202022106977U1, DE202022002839U1, DE202023101421U1, DE202023102463U1, DE202022002757U1, DE202022002795U1, DE202022002887U1, DE202023106249U1, DE202023106792U1, DE202023002802U1 등이 포함됩니다.

아스펜의 이러한 특허 포트폴리오는 전기차 배터리 열 관리 분야에서 회사의 강력한 입지를 보여줍니다. 특히 실리카 기반 에어로겔 프레임워크에 섬유 보강 및 불투명화 첨가제를 포함하는 구성에 관한 특허는 배터리 열 관리에 매우 효과적이며, 이로 인해 아스펜은 시장에서 주요 플레이어로 자리매김하고 있습니다.

글로벌 특허 분쟁: 한국, 중국, 독일에서의 아스펜 소송 현황

아스펜 에어로겔은 여러 국가에서 특허 소송을 진행하며 자사의 지적재산권을 보호하고자 노력하고 있습니다. 특히 한국, 중국, 독일 등에서 다양한 기업들과 특허 분쟁을 벌이고 있습니다. 이러한 글로벌 특허 분쟁은 에어로겔 기술의 중요성과 시장 경쟁의 치열함을 보여줍니다.

독일에서는 아스펜이 중국 제조업체인 Guangdong Alison Hi-Tech Co. Ltd.("Alison")와 Nano Tech Co. Ltd.("Nano")를 상대로 한 특허 침해 소송에서 승리했습니다. 2019년 3월 8일, 만하임 지방법원은 Alison과 Nano가 불법 에어로겔 단열 제품을 판매함으로써 아스펜의 유럽 특허를 침해했다고 판결했습니다.

미국에서도 아스펜은 2017년 10월 미국 국제무역위원회(ITC)에서 중국의 광둥 앨리슨 하이테크와 한국의 나노테크가 아스펜이 보유한 에어로겔 절연재 특허를 침해했다는 예비판결을 받아냈습니다. 이 소송과 관련된 정보는 https://www.g-enews.com/article/Global-Biz/2017/10/201710031301456034e8b8a793f7_1 에서 확인할 수 있습니다.

이러한 글로벌 특허 분쟁은 에어로겔 기술의 가치와 중요성을 보여주는 동시에, 기업들 간의 치열한 경쟁을 반영합니다. 특히 아스펜의 특허 전략은 주요 시장에서 자사의 기술을 보호하는 데 초점을 맞추고 있으며, 이는 에어로겔 시장의 성장 잠재력을 고려할 때 더욱 중요해질 것으로 보입니다.

에어로겔 복합체: 특허 회피 전략의 핵심

아스펜 에어로겔의 특허를 피하기 위한 전략 중 하나는 에어로겔 복합체를 개발하는 것입니다. 이러한 접근 방식은 여러 기업들이 채택하고 있으며, 특히 한국과 중국의 기업들이 적극적으로 연구 개발하고 있습니다.

한국에서는 "유리섬유와 실리카 에어로겔이 적층된 파이프형 단열재의 제조방법 및 이로부터 제조된 파이프형 단열재"에 관한 특허 KR101539951B1(https://patents.google.com/patent/KR101539951B1/ko)이 등록되어 있습니다. 이 특허는 유리섬유 부직포 표면에 실리카졸과 경화조절제로 구성된 코팅액을 도포한 후 건조하여 실리카 에어로겔을 형성하는 방법을 설명하고 있습니다.

또한 에어로겔 기반의 유연 단열재에 관한 특허 KR20190127171A(https://patentimages.storage.googleapis.com/92/46/40/f5bf88c147ed6d/KR20190127171A.pdf)도 공개되어 있습니다. 이 특허는 팽창흑연과 혼합된 경화수지를 포함함으로써 에어로겔의 유실 및 이탈을 방지하여 단열성이 향상되는 에어로겔 기반의 유연 단열재 및 제조 방법을 설명합니다.

한국의 한 기업인 아이원은 아스펜의 공정 방식을 회피하기 위해 상온상압 방식의 전구체 성형 방식을 개발하였습니다. 이와 관련된 내용은 한경경제 기사(https://www.hankyung.com/article/202308137239i)에서 확인할 수 있습니다. 아이원이 개발한 에어로플렉스는 끈적끈적한 전구체 상태에서 부품을 성형함으로써, 기존 상온상압 방식의 건조 문제를 해소하고 맞춤형 성형이 가능하다는 장점이 있습니다.

이러한 방식은 기존 에어로겔 제조 방법과 차별화되어 특허 회피가 가능합니다. 특히 주목할 만한 것은 불꽃 관통시험에서 362초간 내화 저항성을 나타내어 단일 글라스울 보드에 비하여 2.7배나 높은 내화성능을 보인다는 점입니다. 이는 복합체가 배터리 열폭주 상황에서 화염의 전파를 현저히 지연시킬 수 있음을 의미하며, 배터리 안전성 측면에서 매우 중요한 특성입니다.

배터리 열관리를 위한 에어로겔 단열 패드의 기술적 특성

전기차 리튬 배터리를 위한 에어로겔 단열 패드는 배터리 열폭주 문제를 효과적으로 관리하기 위한 핵심 부품입니다. 최신 에어로겔 단열 패드의 기술적 매개변수를 살펴보면, 밀도는 200-450kg/m³, 두께는 0.5-3mm 범위로 매우 얇고 가벼운 특성을 가지고 있습니다. 특히 25℃에서의 열전도율은 0.021W/(m·K) 미만으로 기존 단열재에 비해 월등히 우수한 성능을 보입니다.

온도 저항성 측면에서도 뛰어난 성능을 보이는데, 800℃의 고온 환경에서도 10분 이상 견딜 수 있습니다. 이는 배터리 화재 발생 시 인접 셀로의 열전파를 지연시키는 데 매우 중요한 특성입니다. 또한 UL94 기준 VO 등급의 난연성을 갖추고 있어 화재 확산 방지에도 효과적입니다. 압축 환경에서의 치수 변화도 2MPa 압력에서 1% 미만으로 매우 안정적이며, 전기 절연 특성도 우수하여 3000V DC 환경에서 60초 동안 누설 전류가 1mA 미만으로 유지됩니다.

이러한 에어로겔 단열 패드는 배터리 성능 향상에 크게 기여합니다. 가장 얇은 선택 영역에서도 필요한 열 저항을 제공하여 전기차 제조사들이 에너지 밀도를 극대화할 수 있도록 도와줍니다. 배터리 팩 내부에서 사용될 경우 화재 방지 및 열 장벽 역할을 수행하며, 중국의 GB38031 및 UN의 ECE/TRANS/180/Add.20 등 국제 안전 표준을 충족하거나 능가할 수 있도록 지원합니다.

또한 에어로겔 단열 패드의 유연한 형식은 리튬이온 배터리의 일상적인 호흡과 연령에 따른 진행성 종창을 수용할 수 있습니다. 배터리 수명이 다한 경우에도 충분한 열 저항을 유지하여 열 전달을 완화할 수 있습니다. 특히 파우치나 각형 셀 사이에 놓인 에어로겔 시트는 열폭주를 겪는 인접 셀로부터 다른 셀들을 보호하는 데 귀중한 시간을 확보해 줍니다.

이러한 에어로겔 단열 패드는 아스펜의 특허를 회피하면서도 유사한 기능을 수행할 수 있는 제품으로서, 특히 아시아 시장에서 많은 관심을 받고 있습니다. 한국과 중국의 여러 기업들이 자체적인 에어로겔 단열 패드를 개발하고 있으며, 이는 아스펜의 특허 장벽에 대응하기 위한 전략적 접근으로 볼 수 있습니다.

에어로겔 기술의 최신 특허 동향 분석

에어로겔 기술과 관련된 특허는 계속해서 진화하고 있으며, 특히 전기차 배터리용 열관리 시스템과 관련된 특허 출원이 증가하고 있습니다. 아스펜 에어로겔이 보유한 최신 특허인 미국 특허 제11931710B2호는 세그먼트화된 유연한 겔 복합체와 이로부터 제조된 강성 패널에 관한 것입니다. 이 특허는 2024년에 등록되었으며, 강화된 에어로겔 복합 시트의 제조 방법을 설명하고 있습니다.

이러한 특허의 주요 내용은 열 제어 부재를 포함하는 에어로겔 기반 구성 요소와 시스템에 관한 것입니다. 이 열 제어 부재는 내구성이 있고 취급이 용이하며, 배터리를 위한 열 제어 부재 및 열 장벽으로서 사용하기 위한 유리한 성능을 갖고, 우수한 절연 특성을 가지며, 화재, 연소 및 내화 특성에 대한 유리한 반응을 보이는 보강된 에어로겔 조성물을 포함합니다.

특히 주목할 만한 특허는 섬유로 보강되고 하나 이상의 혼탁화 첨가제를 포함하는 실리카 기반 에어로겔 프레임워크를 사용하는 기술입니다. 이 특허에서는 에어로겔 조성물이 약 2mm에서 7mm 범위의 비압축된 두께를 가질 수 있으며, 에어로겔 조성물이 비압축된 두께의 적어도 50%까지 압축 가능하고, 압축 및 해제 후에 비압축된 두께의 적어도 70%까지 되돌아가도록 충분히 탄성적인 특성을 갖는다고 명시하고 있습니다.

이러한 특허 동향은 에어로겔 기술이 전기차 배터리 열관리 분야에서 계속해서 혁신적인 발전을 이루고 있음을 보여줍니다. 특히 섬유 보강 및 혼탁화 첨가제를 활용한 에어로겔 조성물은 기존 단열재보다 2배에서 6배 높은 내열성을 제공할 수 있어 배터리 열관리에 매우 효과적입니다.

국내 기업의 에어로겔 기술 개발 현황

한국 기업들도 에어로겔 기술 개발에 적극적으로 뛰어들고 있습니다. 신정우 대표가 이끄는 아이원은 에어로겔 소재부터 성형 전 단계인 전구체 상태로 만드는 기술, 전구체로 배터리 부품을 성형하는 기술을 모두 갖추고 있습니다. 아이원의 에어로플렉스 기술에 대한 자세한 정보는 한경경제 기사(https://www.hankyung.com/article/202308137239i)에서 확인할 수 있습니다.

아이원은 아스펜의 공정 방식을 회피하기 위해 상온상압 방식의 전구체 성형 방식에 주력하고 있습니다. 초임계 방식의 에어로겔 차열시트 관련해선 아스펜이 특허를 거의 장악했기 때문에, 상온상압 공정을 활용한 차별화된 접근법을 취하고 있습니다. 아이원 외에도 지오스, 알이엠텍 등이 상온·상압 공정 방식으로 에어로겔 연구에 뛰어들었습니다.

특히 아이원이 개발한 에어로플렉스는 고온에서도 우수한 단열성능을 보이는 것으로 알려져 있습니다. 신정우 대표는 "초임계 방식의 에어로젤은 90℃ 정도의 온도에서는 단열성이 높지만 600℃ 이상 고온에서 내부 기공이 깨지며 단열성이 저하되는 치명적인 약점이 있다"고 지적하며, 아이원의 제품이 실제 배터리 화재 상황에서 초임계 방식보다 더 나은 단열성을 보인다고 강조했습니다.

한국의 기업들은 아스펜의 특허에 대응하기 위해 다양한 접근법을 시도하고 있습니다. 일부 기업들은 아스펜의 특허를 회피하는 방향으로 연구 개발을 진행하고 있으며, 다른 기업들은 아스펜의 특허에 도전하는 방식을 채택하고 있습니다. 이러한 다각적인 접근은 한국 기업들이 에어로겔 시장에서의 경쟁력을 강화하는 데 기여하고 있습니다.

글로벌 에어로겔 시장 전망 및 투자 동향

전 세계 에어로겔 시장은 지속적으로 성장하고 있으며, 특히 전기차 배터리 열관리 분야에서의 수요 증가로 인해 더욱 가속화될 것으로 예상됩니다. 시장 조사 기관에 따르면, 글로벌 에어로겔 시장은 2025년까지 연평균 20% 이상의 성장률을 보일 것으로 전망됩니다.

특히 전기차 시장의 급속한 성장은 에어로겔 수요 증가의 주요 동인으로 작용하고 있습니다. 전기차 배터리의 안전성과 효율성 향상을 위한 에어로겔 기반 열관리 솔루션에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며, 이는 에어로겔 시장의 성장을 더욱 가속화할 것으로 예상됩니다.

투자 측면에서도 에어로겔 기술은 많은 관심을 받고 있습니다. 앞서 언급한 바와 같이, 미국 에너지부(DOE)는 아스펜 에어로겔에 최대 6억7000만 달러를 대출할 예정이라고 발표했습니다. 이 소식은 디지털투데이의 기사(https://www.digitaltoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=537647)에서 확인할 수 있습니다. 이는 에어로겔 기술의 중요성과 시장 잠재력을 반영하는 중요한 지표입니다.

또한 다양한 벤처 캐피털과 투자 기관들도 에어로겔 기술 개발 기업에 적극적으로 투자하고 있습니다. 특히 전기차 배터리 열관리 분야에서의 혁신적인 기술을 보유한 스타트업들이 주목받고 있으며, 이들에 대한 투자가 꾸준히 이루어지고 있습니다.

중국은 에어로겔 시장에서 중요한 역할을 하고 있으며, 특히 생산 규모 측면에서 급격한 성장을 보이고 있습니다. 중국 정부의 전기차 산업 지원 정책과 함께 에어로겔 생산 기술에 대한 투자도 크게 증가하고 있습니다. 이로 인해 중국은 글로벌 에어로겔 시장에서의 경쟁력을 빠르게 강화하고 있습니다.

배터리 열폭주 개선을 위한 미래 기술 전망

배터리 열폭주 문제를 해결하기 위한 기술은 계속해서 발전하고 있으며, 에어로겔 외에도 다양한 접근법이 연구되고 있습니다. 미래의 배터리 열관리 기술은 더욱 효율적이고 안전한 방향으로 진화할 것으로 예상됩니다.

첫째, 복합 소재 기술의 발전이 두드러질 것으로 예상됩니다. 에어로겔과 글라스 파이버의 조합뿐만 아니라, 다양한 소재들의 장점을 결합한 하이브리드 열관리 솔루션이 개발될 것입니다. 이러한 복합 소재는 단일 소재의 한계를 극복하고 열 전도율, 내화성, 기계적 강도 등 여러 성능을 동시에 향상시킬 수 있습니다.

둘째, 상변화 물질(PCM)과 에어로겔을 결합한 열관리 시스템이 주목받고 있습니다. 상변화 물질은 열을 흡수하거나 방출하면서 상태가 변화하는 특성을 가지고 있어, 배터리의 온도를 일정 범위 내로 유지하는 데 효과적입니다. 에어로겔과 상변화 물질을 결합하면 열 절연과 열 흡수라는 두 가지 기능을 동시에 수행할 수 있어 배터리 열관리에 매우 효과적일 수 있습니다.

셋째, 나노기술의 발전은 에어로겔의 성능을 더욱 향상시킬 것입니다. 나노입자를 활용한 에어로겔 개질은 열 절연성, 기계적 강도, 내화성 등 다양한 특성을 맞춤형으로 조절할 수 있게 합니다. 특히 그래핀, 탄소나노튜브 등을 활용한 에어로겔은 기존 에어로겔의 한계를 크게 뛰어넘는 성능을 보여줄 것으로 기대됩니다.

넷째, 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT) 기술을 활용한 능동적 열관리 시스템도 개발되고 있습니다. 이러한 시스템은 배터리의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 온도 변화를 예측하여 적절한 조치를 취함으로써 열폭주를 사전에 방지할 수 있습니다. 에어로겔과 같은 우수한 단열재와 함께 이러한 능동적 시스템을 활용하면 배터리 안전성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

다섯째, 고체 전해질을 활용한 전고체 배터리의 개발도 열폭주 문제를 해결하는 하나의 방법입니다. 전고체 배터리는 액체 전해질을 사용하지 않기 때문에 발화 위험이 크게 감소하며, 이는 배터리 안전성 향상에 큰 기여를 할 것입니다. 그러나 전고체 배터리가 상용화되기까지는 아직 많은 기술적 과제가 남아 있으며, 그 동안에는 에어로겔과 같은 열관리 솔루션이 중요한 역할을 할 것입니다.

결론

배터리 열폭주 문제는 전기차 산업의 성장과 함께 더욱 중요한 이슈로 부각되고 있습니다. 이를 해결하기 위한 다양한 기술 중에서도 에어로겔은 우수한 단열 성능과 내화성으로 인해 주목받고 있습니다. 특히 아스펜 에어로겔은 이 분야에서 많은 특허를 보유하고 있어 시장을 선도하고 있지만, 이에 대응하기 위한 다양한 특허 회피 전략이 개발되고 있습니다.

아스펜 에어로겔은 미국 특허 제11,870,084호, 미국 특허 제11,912,579호, 미국 특허 제12,005,541호 등 다수의 특허를 보유하고 있으며, 특히 미국 특허 제11931710B2호는 세그먼트화된 섬유 보강재가 있는 강화 에어로겔 복합 시트에 관한 중요한 기술을 보호하고 있습니다. 이러한 특허 포트폴리오는 아스펜이 에어로겔 시장에서 강력한 입지를 확보하는 데 기여하고 있습니다.

에어로겔과 글라스 파이버를 결합한 복합체는 아스펜의 특허를 피하면서도 우수한 성능을 제공할 수 있는 대안으로 주목받고 있습니다. 한국의 기업들은 이러한 접근법을 적극적으로 개발하고 있으며, 특허 KR101539951B1과 KR20190127171A 등은 이러한 기술을 보호하고 있습니다.

아이원과 같은 국내 기업은 상온상압 방식의 전구체 성형 기술을 개발하여 아스펜의 특허를 회피하는 전략을 취하고 있습니다. 이러한 기술은 실제 배터리 화재 상황에서 더 나은 단열성을 제공할 수 있다는 장점이 있습니다.

전 세계 에어로겔 시장은 전기차 배터리 열관리 분야에서의 수요 증가로 인해 빠르게 성장하고 있으며, 미국 에너지부의 아스펜 에어로겔에 대한 6억7000만 달러 대출 결정은 이 시장의 중요성을 보여주고 있습니다.

미래의 배터리 열관리 기술은 복합 소재, 상변화 물질, 나노기술, AI와 IoT, 전고체 배터리 등 다양한 방향으로 발전할 것으로 예상됩니다. 이러한 기술 발전은 배터리 열폭주 문제를 근본적으로 해결하고, 전기차의 안전성을 크게 향상시킬 것입니다.

결론적으로, 배터리 열폭주 개선을 위한 에어로겔 기술은 전기차 산업의 성장과 함께 더욱 중요해질 것이며, 특허 분쟁과 기술 혁신이 계속될 것으로 예상됩니다. 특히 아스펜의 특허를 피하기 위한 다양한 기술적 접근은 에어로겔 시장의 다양성을 증가시키고, 더 나은 배터리 열관리 솔루션을 개발하는 데 기여할 것입니다.