[Biz] 쇼트(SCHOTT) - glass made of ideas
[Biz] 쇼트(SCHOTT) - glass made of ideas
  • 송병훈 기자
  • hornet@energydaily.co.kr
  • 승인 2018.05.21 10:17
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

특수 유리 및 글라스 세라믹 분야, 글로벌 선도는 지속된다
이터널락™ 터미널 헤더, 최상의 '품질, 신뢰도, 경제성' 담보
GTAS® 기술, 알루미늄 콘덴서·리튬이온 배터리 등 다방면 활용

[에너지데일리 송병훈 기자] 쇼트(SCHOTT)는 특수 유리 및 글라스 세라믹 분야를 선도하는 세계적인 기업이다. 1848년 유리공학자인 오토 쇼트가 칼 자이스, 에른스트 아베와 함께 세운 예나(Jena, 독일) 유리 연구소를 모태로 하고 있다. 쇼트는 그동안 쌓아온 소재 개발의 기술 노하우를 바탕으로 광범위한 포트폴리오를 가지고 뛰어난 품질의 제품과 지적 솔루션을 제공하고 있다. 가전제품에서부터 제약, 전자, 광학, 태양에너지, 자동차 및 항공 산업 분야 등 다양한 시장에서 쇼트는 기술 혁신을 주도하고 있다. 쇼트는 모든 사람의 삶에 기여하고자 노력하며, 혁신과 지속 가능한 성공에 전념해왔다고 자평하고 있다. 쇼트 그룹(SCHOTT AG)은 33개국에 생산시설과 지사를 보유한 글로벌 기업이다. 전 세계에서 1만5000여명의 직원들이 일하고 있으며, 2016/2017 회계 연도에는 약 22억6000만 유로(약 2조8000억원)의 매출액을 기록했다. 독일 마인츠에 위치한 쇼트 그룹의 지주회사는 칼 자이스 재단(Carl Zeiss Foundation)이며, 쇼트는 재단 법인으로서 그 직원과 사회, 그리고 환경에 대한 소임을 다하고 있다.

유리 대 금속 밀봉 기술이 적용된 쇼트 이터널락 ™ 터미널 헤더는 내구성이 뛰어나 사고 시에도 LNG 격납고의 압력 건전성을 보장한다.
유리 대 금속 밀봉 기술이 적용된 쇼트 이터널락 ™ 터미널 헤더는 내구성이 뛰어나 사고 시에도 LNG 격납고의 압력 건전성을 보장한다.

작은 부품·큰 효과, 유리 대 금속 밀봉(GTMS) 이용 제품, 이터널락™ 터미널 헤더
- 극한의 환경에서 작업하는 LNG 펌프에 전력을 공급하다

 
축구장 4배가 넘는 크기로 위용을 자랑하는 프리루드 FLNG 선박의 복잡한 시스템 운영도 매우 작은 부품 하나로부터 시작한다. 세계적인 테크놀로지 그룹이자 특수 유리 전문 기업인 쇼트는 약 30년 동안 거대하고 복잡한 LNG 시스템의 안전한 운영을 위해 쇼트 이터널락™(Eternaloc™) 터미널 헤더를 제공해 왔다. 터미널 헤더는 LNG 펌프에 안전하게 전원을 공급하기 위한 핵심 부품이다.

탱크에 최대 26만6000m3의 LNG를 운송할 수 있는 LNG 선박에서 가스를 인출하기 위해서는 매우 강력한 전기 펌프가 필요하다. 이 펌프는 액화 가스 내 완전히 잠겨 있어야 하는데, 극저온 액체로 전기를 관통하기 위해서는 터미널 헤더라고 불리는 방폭 인증된 전기 피드스루(Electrical Feedthrough)가 반드시 필요하다. 터미널 헤더는 제어 및 계측 신호뿐만 아니라 3상 전원의 밀봉 피드스루 역할을 한다. 터미널 헤더의 성능과 내구성은 LNG 펌프와 터빈팽창기에 지속적이고 안전하게 전력을 제공하기 위해 매우 중요하다. 동시에 기밀건전성 유지를 위해 터미널 헤더의 강력한 밀봉이 필요하며, 사고 발생 시에도 전기 피드스루는 완벽하게 누출을 방지해야 한다. 고압과 영하 162℃의 극저온의 환경에 위치한 터미널 헤더 부품은 전체 시스템을 위협할 수 있는 약점이 될 수 있기 때문에 최상의 품질과 신뢰도를 가진 제품을 선택하는 것이 절대적으로 필요하다.

쇼트는 고성능 물질과 특수 밀봉 기술을 사용, 방폭 부품을 개발·생산하고 있다. 쇼트의 Eternaloc™ 터미널 헤더는 기밀건전성 유지를 위해 노화되지 않는 무기 물질만을 사용해 만들어진다.

매우 약한 물질이라고 알려진 것과는 달리, 쇼트에서 사용하는 특수 유리는 압축 강도가 인장 강도보다 10배에서 20배가 더 높아, 고유의 견고함을 갖고 있다. 유리 대 금속 밀봉 기술은 이를 이용, 유리보다 열 팽창계수가 높은 메탈 하우징을 외부에 사용, 냉각 과정에서 하우징이 유리 표면에 단단하게 밀착된다. 용접이나 납땜 없이 유리를 메탈 하우징에 직접적으로 밀봉함으로써 기계적 충격, 고압 및 냉열 시험(Temperature cycling)에 회복성이 높은, 견고한 압축 밀봉이 완성된다. 또한 무기질이며 화학적으로 불활성인 유리 밀봉은 노화되지 않으며, 부식 가능성이 높은 매개체에 저항성이 높다. 따라서 이터널락™ 터미널 헤더는 유지 및 보수가 필요 없기 때문에 소유주 및 운영자의 총 운영비용을 줄여준다.

유리 대 금속 밀봉 기술을 바탕으로 한 쇼트의 이터널락™ 터미널 헤더는 삼척, 통영, 평택의 LNG 터미널은 물론, 한국에서 건조된 프리루드 FLNG를 포함, 지금까지 육·해상 6000여개 이상의 LNG 펌프와 익스팬더에서 사용되고 있다. 그 모든 터미널 헤더 제품이 1985년부터 지금까지 모두 유지 및 보수 없이 작동하고 있다.

또한 이터널락 피드스루/전기관통부는 LNG선박에만 쓰이는 것이 아니라 핵발전소, 잠수함 등에도 사용되고 있다.

쇼트의 GTAS 콘덴서용 밀봉 리드 시스템
쇼트의 GTAS 콘덴서용 밀봉 리드 시스템

유리 대 금속 밀봉 기술

유리 대 금속 밀봉 기술은 안전이 필수인 극한 환경을 다루는 다른 분야에서도 이미 적용돼 그 성능이 입증된 표준 기술이다. 유리 대 금속 밀봉 피드스루(feedthrough)를 이용해 수소 냉각 발전기의 압력용기속에서도 안전하게 온도, 진동 및 모터 스피드 등 측정 정보를 전달시킨다. 또한 쇼트는 원자력발전 전원 공급분야에서도 60년 이상의 경험을 보유하고 있다. 쇼트의 유리 대 금속 밀봉 기술로 완벽한 밀폐 상태를 유지하며 전선 연결이 원자로 격납 구조를 안전하게 관통할 수 있게 한다.
 
유리 대 알루미늄 밀봉 기술

쇼트는 자사의 유리 관련 핵심 전문 기술을 기반으로 리튬 이온 배터리 및 컨덴서에 기체 및 습기를 영구적으로 차단하는 유리 밀봉 리드 장치를 개발했다. 현재 대부분의 리드 장치는 폴리머와 같은 유기 재료를 사용, 완벽 밀폐가 되지 않은 터미널로 만들어진다. 유기 물질은 자연적으로 노화되고, 특히 척박한 작업 환경에서는 노화가 더 빨리 진행되기 때문에 시간이 지나면 터미널은 쉽게 부식되고 이를 통해 기체나 습기가 침투하게 된다.

이와 달리, 무기물을 사용하는 GTAS®(유리 대 알루미늄 밀봉) 기술로 쇼트의 리드 장치는 영구적으로 안정적이다. 쇼트만의 특허인 GTAS® 기술을 기반으로 특수 유리를 사용, 터미널은 리드에 밀봉되며, 이 밀봉으로 기체와 습기를 영구적으로 차단함으로써 오래 가고 더 안전한 리튬 이온 배터리와 작지만 더 강력한 컨덴서를 구현할 수 있다.

한국의 주요 배터리 관련 기업들은 전기 자동차 등에 사용되는 충전용 리튬 이온 배터리 국내·외 시장에서 높은 점유율을 차지하고 있을 뿐 아니라 ESS 시장에서 급격한 성장을 보이고 있다. 쇼트에 있어 세계적인 기술 선두 기업을 보유하며 글로벌 리튬 배터리 업계를 주도하는 한국은 매우 중요한 시장이다. 이런 한국 시장을 대상으로 쇼트는 고출력 리튬 이온 배터리와 액체 알루미늄 전해 컨덴서를 위한 완벽한 유리 밀봉 리드 장치를 선보였다.

SCHOTT의 GTAS® 기술에 기반한 새로운 유리 밀봉 리드 장치는 가스와 습기를 영구적으로 차단하는 밀봉 기술을 통해 작지만 더 강력한 컨덴서를 구현한다.
SCHOTT의 GTAS® 기술에 기반한 새로운 유리 밀봉 리드 장치는 가스와 습기를 영구적으로 차단하는 밀봉 기술을 통해 작지만 더 강력한 컨덴서를 구현한다.

◎ 알루미늄 전해질 콘덴서 용 유리 밀봉 리드 시스템 = 쇼트는 알루미늄 전해질 콘덴서를 위한 완벽한 유리 밀봉 리드 시스템을 세계 최초로 개발, 국내에 출시했다. 쇼트의 특허 기술인 유리 대 알루미늄 밀봉(Glass to Aluminum Sealing, GTAS®) 기술을 기반으로 한 콘덴서 리드 장치를 사용하면 습기를 차단, 더 오래 가고, 더 강력한 콘덴서를 구현할 수 있다.

오늘날 전자 기기 및 시스템의 발전으로 전력 저장 장치인 알루미늄 전해질 콘덴서의 수요가 점차 증가하고 있다. 전기차, 고전력 시스템, 재생에너지, 방위항공, 중공업 등 모두 과중한 전력 수요를 감당하기 위해 알루미늄 전해질 콘덴서를 사용하고 있으며, 높은 성능을 위한 콘덴서의 기술적 요건 역시 까다로워 지고 있다.

독일 란슛(Landshut)에 위치한 쇼트 전자 패키징(SCHOTT Electronic Packaging)은 장기간에 걸친 전해질의 증발을 완화하고 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 혁신적 솔루션을 개발했다. 75년간 쌓아온 유리 대 금속 밀봉 기술(glass-to-metal sealing, GTMS) 경험을 바탕으로 쇼트는 현재 업계 최초로 GTAS®을 생산하기 위해 새롭게 역량을 강화하고 있다.

전해질 누출에 대한 해법은 콘덴서 리드 장치에 있다. 가스 및 습기 차단 밀봉은 습기 침투로 인한 흔한 문제를 해결할 수 있다. 터미널의 느슨한 밀봉을 통해 침투한 습기는 아주 적은 양일지라도 컨덴서 내 가스를 발생시키고 그 결과, 지속적인 전해액 증발로 약 20%의 용량이 유실된다. 따라서 계속 감소하는 성능을 만회하기 위해 컨덴서는 ‘초과 용량’으로 보통 설계되고 있다. "영구적으로 안정적인 터미널 밀봉을 제공하는 쇼트 GTAS®는 전해액 증발 문제를 사실상 해결할 수 있으며, 제조업체는 컨덴서의 크기를 크게 축소할 수 있다."고 하틀 총괄은 설명했다.

콘덴서의 안정성과 수명 연장에 전례없이 도움이 되는 GTAS® 기술은 또한, 거의 무제한 고객별 맞춤화가 가능하다. 유리로 완벽하게 밀봉된 리드 장치는 방사형 콘덴서, 축 콘덴서, 스냅인 콘덴서, 초고용량 콘덴서, 전기 이중층 콘덴서 등 다양하게 적용할 수 있으며, 콘덴서 캔 사이즈와 관계없이 사용 가능하다.

많은 가혹한 환경에서 안전성이 핵심적인 기기에 수십년간 표준으로 적용돼 온 유리 밀봉 기술에는 단순히 알루미늄 콘덴서의 전해질 손실을 방지하는 차원을 넘어, 다양한 장점이 있다. GTAS® 기술은 영하 40℃에서 영상 150℃까지 견딜 수 있으며, 어떤 경우에는 이런 범위를 넘는 악조건을 견디기도 한다. 유리 밀봉의 누출방지 특성은 표준 크기, 혹은 정전용량이 더 크고 크기는 작은, 압축 콘덴서를 개발할 때에도 사용 가능하다. 이러한 장점 덕분에 콘덴서의 보관 기간뿐만 아니라 콘덴서 자체의 수명도 늘어난다.

헬무트 하틀 R&D 총괄은 콘덴서용 GTAS® 기술에 대해 “지금은 콘덴서 개발에 있어 매우 흥미로운 시점이다. 우리는 전기차와 재생에너지원 등 콘덴서를 사용하는 차세대 전력 응용 분야가 지속적으로 성장하는 것을 매일 경험하고 있다. GTAS® 기술은 미래의 일상 생활을 바꿀 수 있는 여러 분야에서 보다 안정적이고, 보다 오래 가는 전기저장 성능을 지원할 수 있도록 완벽한 시점에 등장했다”고 전망했다.

◎ 리튬 이온 배터리 및 컨덴서 용 유리 밀봉 리드 장치 = 쇼트의 유리 대 알루미늄 밀봉 기술을 리튬 이온 배터리에 적용하면 두 가지 장점이 있다.

첫째, 특수 유리를 사용한 터미널 밀봉은 배터리에 습기가 스며드는 것을 완벽히 차단한다. 물에 매우 민감하게 반응하는 전해액은 습기 차단이 매우 중요하다. 습기가 아주 소량이라도 침투하면 화학 반응이 일어나 배터리 내 가스가 형성될 수 있으며, 과도한 가스 발생은 배터리 고장 및 전체 장치에 손상을 입힐 수 있는 합선의 위험을 증가시킨다.

최악의 경우, 갑작스럽게 빠져나간 기체가 열원과 결합할 경우 화재나 폭발을 일으킬 수도 있다. 또한 쇼트의 기밀 유리 밀봉은 전해액의 증발을 막을 수 있다. 완벽히 밀폐가 되지 않는 폴리머 밀봉을 사용할 경우 시간이 경과함에 따라 느리지만 지속적인 전해액 증발이 일어나 배터리의 화학적 성질을 변화시킬 수 있으며, 이로 인해 성능 저하는 물론 결과적으로 장치의 고장을 유발할 수 있다.

※ 문의 : 쇼트 코리아
전자 패키징 영업 김성원 이사
02-3456-0328