▲ CNT를 이용한 면상 발열체 개념도.

■ 기술 현황

현재 확보한 기술 수준을 살펴보면 CNT, 탄소나노플레이트, 그래핀 등 나노카본 소재의 박막 코팅을 위한 고분산성, 고 농도 나노카본 코팅액 제조가 가능하다. 나노카본 박막의 면저항을 10~200 ohm/sq 수준으로 조절해 입력 전압 및 기판 크기에 따라 나노카본 발열체 온도 조절이 가능하다.

저온 소결 무기 바인더, 유기 고분자 바인더 적용으로 유리 및 다양한 종류의 플라스틱 필름 기판에 적용 가능하며 기판 표면 특성에 따른 조성물 최적화 기술로 다양한 기판에 우수한 코팅성을 확보했다. 각 기술 수준을 살펴보면 △고온 면상 발열체는 ~200도, 작동전압 100V 이내 △투명 면상 발열체는 ~100도, 잔동전압 50V 이내 △나노탄소 발열체 코팅액 10~200 ohm/sq 등이다.

▲ 차례대로 <면상 발열체(~200도)> <투명 면상 발열체 (~100도)> <나노탄소 발열체 코팅액>.

■ 기술의 장점

기존 면상 발열체 대비 가격 경쟁력을 확보해 산화물 면상 발열체와 비교해 1/3 이하 가격 수준의 면상 발열체 제조가 가능하다. 기존 선상 발열체 대비 발열체의 빠른 온도 조절이 용이하며 우수한 열확산 및 발산 특성으로 인해 에너지 소비 효율이 높다.

카본블랙 발열체와 비교하면 고온안정성을 확보해 200도 이상 고온에서 발열 안정성을 가지는 면상 발열체 제조가 가능하다. CNT 기반 발열체 적용으로 내구성 및 유연성이 뛰어나며 저온 소결이 가능해 유연 기판에 적용할 수 있다.

▲ 선상 발열체와 면상 발열체 비교.

■ 응용분야

건축용 난방 분야에서 면상 발열체 범위가 확대되고 있다. 기존의 선상 발열체와 비교할 때 발열량이 높으며 신속한 난방 조절이 가능한 장점 때문이다.

고온발열체 분야는 현재 금속 열선 및 ITO 나노입자 발열체가 주로 적용되는데 발열체 구조, 높은 공정 비용, 온도 제약 등으로 인해 적용 범위가 제한되고 있다. 공기 공조 시스템, 공기 청정 시스템, 보조 난방 기구 등 현재 고온 발열체의 산업적 수요가 증가하고 있으며 저렴한 코팅 방식을 통해 다양한 기판에 적용할 수 있기 때문에 타 발열체에 비해 충분한 경쟁력을 가지고 잇다.

전기 및 하이브리드 자동차 보급과 함께 향후 이차전지 사용량이 늘어감에 따라 베터리 효율 향상을 위해 고효율 면상 발열체 시장도 급격히 증가될 것으로 예상된다. 이 밖에 내충격성, 유연성이 필요한 발열필름, 발열직물, 발열 고무 등 다양한 분야에 기술이 적용돼 활용될 것으로 기대된다.

▲ CNT 면상 발열체 활용 분야.