포스코가 모빌리티 시장 주도하기 위해 개발한 제품 3종

송도R&D센터에 전시된 포스코 전기차 배터리팩 PBP-EV (POSCO Battery Pack ? Electric Vehicle). 가볍고 강한 기가스틸(흰색)이 배터리를 충격으로부터 안전하게 보호하고 전기차의 무게를 줄여준다.

[아시아경제 황윤주 기자] 글로벌 철강기업인 포스코가 '뉴 모빌리티 종합 소재 기업'으로 변신하고 있다. 주력 사업인 철강 부문에서는 전기차와 개인용 비행체(PAV)를 위한 강판을 개발하고, 전기차 배터리 핵심 소재인 양·음극재 생산 체계를 대규모로 구축하며 사업이 궤도에 올랐다는 평가를 받고 있다. 이 외에도 미래형 자동차의 끝판왕 수소전기차의 핵심 부품 소재 개발에 성공하며 모빌리티 관련 기술 개발을 주도하고 있다.

◆ '기가스틸', 전기차를 위한 자동차 강판= 전기차 시대가 열리면서 철강사들도 새로운 자동차 강판 개발에 나섰다. 전기차는 내연기관 자동차와 달리 배터리로 움직이는데, 차체가 무거우면 효율이 떨어지기 때문에 가벼워야 한다. 단순히 가볍기만 해서는 안 된다. 가볍고, 강하고, 안전해야 한다.

자동차 강판 개발에 가장 두각을 나타내는 철강사는 포스코다. 포스코가 개발한 '기가스틸'은 1㎟ 면적당 100kg의 이상의 무게를 견딜 수 있는 초고장력강판으로 십원짜리 동전만한 크기에 25t 이상의 무게를 버틴다. 철 대신 전기차 차체 대안으로 언급되는 알루미늄, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 등보다 더 강하고 가볍다.

특히 기가스틸은 전기차 차량 사고시 충격을 흡수 및 분산시켜 사고의 충격을 최소화함으로써 배터리가 파손되지 않도록 지키고, 탑승자의 안전을 보호하는 역할을 한다. 무게를 한결 가볍게 하면서 강한 차체를 유지하는 것이 포스코의 기가스틸로 가능해졌다.

뿐만 아니라 기가스틸은 경제적이고 환경친화적이다. 알루미늄과 비교해 소재 가격은 3.5배, 가공비는 2.1배나 낮추며 생산 비용을 효율적으로 절감했다. 또한 자동차의 누적 CO2 배출량을 기존 대비 약 10% 감소시켜 환경을 보호하는 데 도움을 주며 착하고 똑똑한 소재로 손꼽히고 있다.

포스코가 개발한 전기강판 'Hyper NO'로 만든 구동모터

◆ 전기차 구동모터 개발한 포스코…전기차 배터리 소재 강자로 떠오른 포스코케미칼= 포스코는 세계 최고 수준의 전기강판 Hyper NO로 만드는 구동모터를 개발했다. 모터는 전기차의 연비를 향상시키고 자동차의 성능을 높여주는 핵심 부품이다. 전기차 구동모터는 자동차의 엔진에 해당하며, 전류를 통해 구동 축이 회전하도록 만들어주는 부품이다. 구동모터의 효율 향상을 위해 전력 손실이 낮은 전기강판이 요구되는데, 포스코 Hyper NO는 전기에너지를 회전에너지로 변화시키는 과정에서 필연적으로 생기는 에너지 손실을 최소화하고 효율성을 높일 수 있도록 개발돼 기존의 전기강판 대비 에너지 손실이 30% 이상 낮다. 모터의 효율을 극대화하기 위해 자속밀도를 높이고, 에너지 손실을 최소화시킨 것이다. 에너지 손실을 더 낮게 구현할 수 있는 두께 0.15mm까지 초극박 생산이 가능하다

전기차에 필수적인 리튬이온 배터리가 대표적인 2차전지다. 전기차를 비롯해 휴대용 모바일 기기나 노트북, 산업용 소형 로봇, 전동 공구 등 고용량 및 고출력이 필요한 장수명 분야에서 활용되고 있다. 2차전지를 구성하는 요소는 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하는 양극재와 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 음극재로 나뉜다.

이차전지의 핵심 소재인 이 양극재와 음극재를 모두 생산하는 회사가 있다. 바로 포스코그룹의 '포스코케미칼'이다. 포스코케미칼은 세계 최고 수준의 고안정성 양극재를 생산해온 포스코ESM과 국내 유일의 천연흑연 음극재 제조사 포스코켐텍이 지난해 4월 합병하면서 갖게 된 이름이다. 이로써 양극재-음극재 시너지를 기대할 수 있게 됐고, 지난해 8월에는 중국 저장성에 해외 첫 양극재 공장을 준공하는 등 생산 라인에 대한 대규모 선제 투자도 진행 중이다.

◆수소전기차의 심장, 연료전지 스택 금속분리판= 수소전기차의 상용화를 위해 기술 도약이 필요한 금속분리판. 금속분리판의기술 도약에 성공한 곳이 바로 포스코다.

수소전기차의 '엔진'은 '연료전지'. 전기는 이 연료전지가 수백장 적층된 '연료전지 스택(Stack)'에서 수소와 산소가 만나 전기화학적 반응이 일어나 발생한다. 바로 이 연료전지 스택 안에는 수소가스의 공급 통로이자, 발생한 전기를 집적하는 핵심 부품인 금속분리판이 들어있다.

문제는 연료전지 내부가 산성이라는 점이다. 금속은 산성에서 빨리 부식되므로, 금속분리판은 부식에 강한 성질인 내식성과 전지전도성이 높아야 한다. 또 자동차 부품이라는 특성상 충격에도 강해야 한다.

자동차업계가 수소전기차 개발 초기 금속분리판의 내식성과 전기전도성을 높이기 위해 선택한 방법은 금속분리판에 금이나 카본물질 등을 코팅하는 것이었다. 코팅공정을 추가하니 제조원가가 상승하고, 제조공정도 복잡해져 수소전기차의 대량생산과 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있었다.

이런 상황에서 포스코가 세계 최초로 개발한 기술이 전환점을 마련해줬다. 바로 초고내식 특성을 갖는 스테인리스강 Poss470FC와 핵심 제조공정 기술이다.

Poss470FC로 만든 금속분리판은 코팅 공정을 과감히 없앴다. 이는 Poss470FC이 금이나 카본물질의 도움 없이도 이 소재 자체만으로 높은 내식성과 전도성을 보여주기 때문에 가능했다. 표면에 코팅이 없으니 기존 금속분리판보다 부피도 줄고, 금을 코팅에 사용하지 않으니 원가가 낮은 것은 당연하다.

수소전기차 상용화를 위해서는 반드시 한단계 도약이 필요했던 금속분리판. 이 Poss470FC 개발을 위해 포스코가 쏟아 부은 시간은 무려 13년이다. 포스코는 2006년부터 수소전기차용 금속분리판 소재개발 프로젝트를 추진해, 2010년부터는 현대자동차와 공동으로 부품개발을 진행해 왔으며 2018년부터는 현대자동차의 양산 수소전기차 모델 ‘넥쏘’에 적용하고 있다.

황윤주 기자 hyj@asiae.co.kr