DYETEC연구원 첨단소재연구센터, 차세대 수소저장용기 소재기술 특허 등록
DYETEC연구원 첨단소재연구센터, 차세대 수소저장용기 소재기술 특허 등록
곡관형 수소압력용기용 탄소섬유 토우 프리프레그 수지 조성물 개발
판상 나노소재로 수소투과 억제, 미래 수소차 공간 활용 증가로 기술 경쟁력 강화
▶특허개요
- 발명의 명칭: 곡관형 수소압력용기용 토우 프리프레그 성능 개선을 위한 수지 조성물
- 등록번호: 제10-3033649호
- 출원번호: 제10-2023-0166972호
- 출원일: 2023년 11월 27일
- 등록일: 2026년 10월 12일
- 특허권자: 다이텍연구원(미래산업소재연구본부 첨단소재연구센터)
- 발명자: 박성민, 최순호
DYETEC연구원 첨단소재연구센터에서 미래 수소차의 공간 활용성을 높이기 위한 곡관형 수소저장용기 소재기술을 개발하고 국내 특허 등록을 완료했다.
DYETEC연구원은 박성민, 최순호 연구진이 개발한 ‘곡관형 수소압력용기용 토우 프리프레그 성능 개선을 위한 수지 조성물’의 특허 등록을 통해 차세대 수소저장용기용 복합소재 기술 기반을 확보했다고 밝혔다.
이번 기술은 탄소섬유 복합재를 구성하는 에폭시 수지에 판상 나노소재를 적용해 수소의 투과를 억제하는 기술이다.
압력을 견디는 탄소섬유 보강층에 추가적인 수소 차단 기능을 부여함으로써 미래 수소저장용기의 성능 개선 가능성을 제시했다.
▶먼저, 미래 수소차의 공간 활용을 위한 소재기술이다.
수소차와 전기차의 플랫폼을 공용화하려면 전기차 배터리 장착 공간 등 제한된 차량 공간에 대응할 수 있는 수소저장용기 기술이 필요하다.
직선부와 굴곡부를 연결하는 곡관형 용기는 이러한 공간 활용을 위한 대안으로 용기 형상과 함께 라이너·탄소섬유·수지·성형공정을 종합적으로 설계해야 한다.
이번 성과는 전기차 플랫폼 공용화를 위한 수소전기차 공간활용성 제고를 위한 비정형 수소저장용기 기술개발(과제번호 2011899)로 추진된 산업기술혁신사업과 연계된 연구에서 도출됐다.
DYETEC연구원은 참여기관으로서 토우프리프레그용 수지 설계 및 제조, 경화거동 및 기계적 특성 평가, 수지와 라이너의 접합 특성, 복합재 성형조건 최적화 등을 연구했다.
토우프리프레그는 연속된 탄소섬유 다발에 수지를 미리 함침한 중간소재다.
용기 형상에 맞춰 감은 뒤 경화하면 고압을 견디는 복합재 보강층이 된다.
수지는 탄소섬유를 결합하고 하중을 전달하는 동시에 복합재의 기밀성과 내구성에 영향을 미친다.
▶또 다른 핵심기술은 판상 나노소재로 수소 이동 경로를 길게 만드는 차단 기술이다.
고분자 라이너를 사용하는 수소저장용기에서는 수소가 라이너 내부에 용해·확산되며, 미세하게 투과할 수 있다.
연구진은 라이너를 투과한 수소의 이동을 외측 복합재층에서도 억제하기 위해 에폭시 수지 자체의 차단성을 개선하는 데 주목했다.
핵심은 표면 개질한 몬모릴로나이트(MMT)를 에폭시 수지에 분산하는 것이다.
얇은 판상 구조를 가진 MMT가 수지 내부에서 수소의 이동 경로를 길고 복잡하게 만들어 투과를 줄인다.
이번 특허는 MMT의 표면 개질과 함량, 에폭시 배합, 경화제, 경화촉진제 및 고전단 분산공정을 결합한 구체적인 수지 조성 기술이다.
특허 명세서에 제시된 25℃·1bar 조건의 수지 단독 시험에서 MMT 3.0중량%를 적용한 수지의 수소 투과량은 88.80cm³/(m²·24h)로 무첨가 수지의 95.16cm³/(m²·24h)보다 약 6.7% 감소했다.
이를 통해 판상 나노소재를 활용한 에폭시 수지의 수소 차단 성능 개선 가능성을 확인했다.
▶수지 설계와 복합재 제조공정을 연결한 연구성과 또한 빼놓을 수 없다.
이번 연구의 의의는 수소 차단 기능을 곡관형 압력용기용 토우프리프레그 수지 설계에 연결했다는 데 있다.
다양한 형상의 용기에 적용하려면 차단성뿐 아니라 탄소섬유 함침성, 점착성, 경화조건, 굴곡부 성형성을 함께 고려해야 한다.
DYETEC연구원은 수지 조성과 섬유 중간소재, 복합재 성형공정을 연계하는 연구를 통해 실제 제조공정으로 확장할 수 있는 기술 기반을 마련했다.
이는 섬유의 보강 기능과 수지의 차단 기능을 결합한 고부가가치 복합소재 연구성과로 연구원의 섬유·고분자·복합재 역량을 미래 수소 모빌리티 분야에 적용했다는 의미가 있다.
한편, 이를 통해 수소산업 소재 경쟁력 강화와 후속 개발 또한 기대되고 있다.
산업적으로는 수지 제조기업, 탄소섬유 중간소재 기업, 수소저장용기 제조기업 간 공동개발에 활용할 잠재력이 있다.
향후 실제 용기에서 성능이 검증되면 라이너와 복합재 보강층의 재료 및 구조를 함께 최적화하는 연구로 확장할 수 있으며, 차량 탑재 공간 활용과 수소저장 시스템의 설계 자유도 향상에 기여할 것으로 기대된다.
이번 특허 확보는 DYETEC연구원이 축적한 섬유·고분자·복합재 연구역량을 미래 수소 모빌리티 분야로 확장한 성과다.
향후 수소저장용기 관련 기업과의 기술협력 및 응용연구에 활용할 수 있으며, 국내 수소산업의 고부가가치 복합소재 개발과 기술 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.
<김진일 기자>
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