전기차에서 가장 먼저 떠오르는 질문은 ‘한 번 충전으로 얼마나 멀리 갈 수 있을까?’, ‘얼마나 빨리 충전될까?’입니다. 이제 배터리 성능은 단순한 부품을 넘어 차량의 가치와 브랜드 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소가 되었습니다. 그러나 기존 충전 속도와 용량 개선에 한계가 있습니다. 배터리는 더 가벼우면서도 더 많은 에너지 용량을 안전하게 담아야 하며 이 상반된 요구를 모두 충족하려면 기존과는 차원이 다른 소재가 필요합니다.
오늘 미래로 달리는 소재에서는 배터리에 주요한 차세대 핵심 소재 CNT(Carbon Nanotube)를 소개합니다. CNT가 어떻게 만들어지고 어디에 쓰이며, LG화학이 이 분야에서 어떤 혁신을 이끌고 있는지 함께 살펴보겠습니다.
CNT는 ‘탄소나노튜브(Carbon Nanotube)’의 약자로, 탄소 원자가 나노미터(nm) 단위로 배열된 튜브형 구조입니다. ‘나노’는 10억 분의 1미터를 뜻하며 CNT의 지름은 머리카락 굵기의 10만 분의 1에 불과합니다. 눈에 보이지 않을 만큼 작지만, 이 작은 구조에는 놀라운 가능성이 숨어 있습니다. CNT의 기본 구조는 그래핀(Graphene)에서 시작합니다. 그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양으로 배열된 2차원 구조이며 이를 말아 원통 모양으로 만든 게 CNT입니다. 종이를 돌돌 말아 만든 빨대와 유사한 형태입니다. 단순해 보이는 이 구조가 강도, 전도성, 열 전도성에서 기존 소재가 따라올 수 없는 성능을 발휘합니다. CNT는 강철보다 100배 이상 강하면서도 가볍습니다. 또 구리보다 전기가 잘 통하고 다이아몬드에 버금가는 열 전도성을 지녀 ‘꿈의 신소재’라 불렸습니다. 이러한 특성 덕분에 배터리, 반도체, 항공우주, 스포츠용품 등 다양한 분야에서 주목받고 있습니다. 현재는 연구실을 넘어 상용화 단계에 접어들었으며 특히 전기차 배터리와 차세대 전자 소재에서 성능의 혁신을 가능하게 하는 핵심 소재로 자리매김하고 있습니다.
CNT가 주목받는 이유는 가는 튜브 구조에 강도, 전기 전도성, 열 전도성 등 핵심 물성이 집약되어 있기 때문입니다. 크기는 머리카락과 비교도 되지 않을 만큼 작지만, 그 기능은 매우 큽니다. CNT는 가볍지만 단단하고 전기와 열을 빠르게 전달해 배터리의 성능과 안전성을 동시에 향상시킵니다. 하나의 소재로 여러 기술적 과제를 해결할 수 있는 것이 큰 장점입니다. 예를 들어 배터리 내부에서는 전자가 전극을 따라 최대한 빠르고 손실 없이 이동해야 합니다. CNT는 적은 양만 사용해도 미세한 전도 통로를 형성하여 전자의 길을 열어 주고, 통로가 촘촘할수록 내부 저항은 낮아지고 충전 속도는 빨라집니다. 이는 더 긴 주행을 가능하게 하거나 같은 주행거리라면 충전 시간을 단축할 수 있게 해 줍니다. 또한 CNT의 유연한 네트워크 구조는 전극의 팽창과 수축을 완화해 미세 균열을 줄이고, 배터리의 수명과 신뢰성을 높입니다.
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발열 관리 역시 중요한 요소입니다. 에너지가 오가는 과정에서 생긴 열이 한곳에 머물면 성능이 떨어지고 안전 문제로 이어질 수 있습니다. CNT는 열을 빠르게 측면으로 확산시켜 전극 내부의 뜨거운 지점을 넓게 분산시킵니다. 열이 고르게 퍼지면 셀 전체가 안정적으로 작동하고 효율도 높아져 출력과 안전을 함께 확보할 수 있습니다. 제조와 지속가능성 측면에서도 CNT는 많은 장점을 가집니다. CNT는 길고 가느다란 구조 덕분에 전극 슬러리* 안에서 서로 엮이듯 연결되며 소량으로도 전기적 네트워크를 형성할 수 있습니다. 첨가제의 사용을 줄이면 공정에서 안정성이 높아지고 원가에 대한 부담도 낮추는 효과가 있습니다. 또한 같은 성능을 더 가벼운 구조로 구현해 차량 무게를 줄이고 에너지 소비까지 감소시킬 수 있습니다. 즉, 생산과 운행 단계 모두에서 효율성을 높이는 소재입니다.
배터리를 넘어 전자재료와 복합 소재 분야에서도 CNT의 장점은 그대로 적용됩니다. 전기 신호 손실을 줄이고 열을 분산시켜 부품을 안정적으로 유지하며, 가볍고 단단한 보강재로 활용됩니다. 이로 인해 CNT는 이동 수단, 전자기기 등 다양한 산업 전반에 범용성이 높은 소재입니다. 결국 CNT는 충전 속도, 주행 거리, 배터리 수명, 안전성, 경량화라는 전기차 핵심 요소들을 한 번에 해결할 수 있는 차세대 소재입니다. 이러한 이유로 CNT는 미래 모빌리티와 전자 산업의 발전을 앞당기는 핵심 열쇠로 평가받고 있습니다.
*슬러리: 작은 고체 알갱이가 액체 속에 떠 있어서 전체가 액체처럼 흐르는 물질
CNT는 오랫동안 연구실에서만 가능성이 논의되던 소재였습니다. 산업 현장에서 사용되려면 안정적인 생산 기술과 양산 체계가 필수적이기 때문입니다. LG화학은 이 부분에서 차별화된 경쟁력을 쌓아왔습니다. 2017년부터 CNT 양산 체제를 구축하며 본격적인 상업화에 나섰습니다. 충남 대산공장을 중심으로 생산 라인을 지속적으로 증설해 현재 연 수천 톤 규모의 CNT를 안정적으로 공급할 수 있습니다. LG화학의 강점은 단순히 생산량이 많다는 데 그치지 않습니다. 균일한 품질과 높은 순도를 유지하면서 대량 생산이 가능하다는 점에서 경쟁 우위를 가지고 있습니다. 이러한 경쟁력은 LG화학이 독자적으로 확보한 코발트(Co)계 촉매 기술과 공정 최적화 역량에서 비롯됩니다. 이렇게 생산된 CNT는 국내외 주요 배터리 제조사에 공급되고 있습니다. 전기차 시장이 확대될수록 배터리의 성능과 안전성에 대한 요구는 높아지고 있으며 LG화학의 CNT는 전극 효율을 높여 이러한 요구를 충족하는 핵심 소재로 자리 잡았습니다. 단순히 원재료 공급에 그치지 않고 고객사와 공동 개발과 기술 지원으로 실제 제품 성능의 개선에 이바지한다는 점도 특징입니다.
LG화학은 해외 시장에서도 CNT 수요 증가에 대비해 글로벌 공급망을 적극적으로 확장하고 있습니다. 최근에는 전시회와 글로벌 산업 행사에서 CNT를 전략적으로 소개하며 전기차·에너지·전자 소재 분야의 고객과 협업을 확대하고 있습니다. CNT 사업은 단순한 신소재 연구 성과를 넘어 LG화학의 미래 성장 동력으로 이어지고 있습니다. LG화학은 연구실에서 논의되던 가능성을 산업 현장에 실현한 대표 사례로 CNT를 꼽고 있으며, 안정적인 양산 기술, 글로벌 고객 네트워크, 지속적인 투자와 기술 혁신이 이를 가능하게 했습니다.
CNT는 단순한 나노 소재에서 그치지 않고 전기차 배터리와 전자 소재 산업 전반에 새로운 가능성을 열고 있습니다. 성능 향상과 안전성 강화를 동시에 해결하며 더 가볍고 효율적인 미래 기술로 이어지고 있습니다. 변화하는 시장 속에서도 LG화학은 고객과 함께 고부가가치 소재 CNT 설루션을 개발하고 적용 분야를 넓혀가고 있습니다. 이제 막 성장 궤도에 오른 CNT가 앞으로 얼마나 더 많은 산업과 일상에 혁신을 가져올지 기대됩니다. 혁신적인 소재로 미래를 앞당기는 길, LG화학의 CNT가 함께 합니다.
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