처음 고전압 리튬 이온 배터리 공급 분야에 착수했을 때 우리 작업이 전기 항공 분야에 얼마나 큰 변화를 가져올지 완전히 이해하지 못했다는 점을 인정합니다. 그 당시 우리는 승객을 태운 대형 비행기에 전력을 공급하는 것에 대해서는 생각하지 않고 소형 드론과 원격 센서의 셀을 테스트하여 화학을 개선하고 있었습니다. 이제 항공우주 엔지니어, 스타트업 창업자 및 산업 규제 기관과 수년간 긴밀하게 협력한 결과, 저는 고전압 리튬 이온(HV LiPo) 배터리가 단순한 전기 항공용 구성 요소가 아니라 업계를 틈새 실험에서 제트 연료에 대한 지속 가능한 주류 대안으로 바꾸는 중추임을 확인했습니다. 왜 그런지, 그리고 우리 팀이 매일 수행하는 작업이 이러한 혁신적인 변화와 직접적으로 어떻게 연관되어 있는지 분석해 보겠습니다.
먼저, 너무 많은 에너지 기술 기사를 손에 닿지 않는 느낌으로 만드는 전문 용어를 살펴보겠습니다. 전기 항공은 단순히 제트 엔진을 전기 모터로 교체하는 것이 아닙니다. 현재 e-항공이 직면한 가장 큰 과제는 에너지 밀도, 즉 주어진 무게에 얼마나 많은 전력을 저장할 수 있는지입니다. 비행기의 추가 비용은 연료비이며, 구조적 업그레이드가 필요하며, 주행 거리가 제한됩니다. 전통적인 리튬 이온 배터리는 휴대폰과 자동차에 적합하지만 비행기에 충분한 에너지를 공급하지 못합니다. 이러한 한계를 뛰어넘는 고전압 화학 물질을 사용하기 전까지는 말이죠. 소형 e-항공기 프로토타입의 주력 제품이 된 10000mah Lipo 배터리와 같은 제품을 포함하여 당사의 HV LiPo 셀 라인이 여기에 해당됩니다.
에너지 밀도 격차에 대해 이야기해 봅시다. 표준 제트 연료의 에너지 밀도는 킬로그램당 약 12,000와트시(Wh/kg)입니다. 기존 리튬 이온 배터리의 최대 용량은 대략 250~300Wh/kg으로, 이는 지역 제트기용으로 충분하지 않습니다. 하지만 HV LiPo 셀은요? 우리는 최신 공식을 통해 그 수치를 350Wh/kg 이상으로 높였으며 연구 결과는 훨씬 더 높은 수치를 가리키고 있습니다. 작은 변화처럼 들릴 수도 있지만 항공 분야에서는 추가되는 Wh/kg이 모두 중요합니다. 50석 지역 항공기의 경우 50Wh/kg의 차이는 500kg의 추가 전력으로 해석됩니다. 이는 성능 저하 없이 100마일의 주행 거리를 추가하거나 10명의 승객을 추가로 태울 수 있을 만큼 충분합니다. 이는 기술적으로 흥미로운 프로토타입을 상업적으로 실행 가능한 비행기로 바꾸는 일종의 점진적 이득입니다.
항공우주 엔지니어가 처음 HV 배터리 테스트를 시작했을 때 너무 빨리 충전되거나 너무 뜨거워지는 휴대폰을 사용하는 사람이라면 누구나 익숙하게 느낄 수 있는 많은 문제에 직면했습니다. 고전압 셀은 열폭주 위험이 더 높습니다. 즉, 손상되거나 잘못 관리되면 과열되어 화재가 발생할 수 있습니다. 또한 주기 수명이 더 짧았습니다. 즉, 항공사가 교체할 수 있는 것보다 더 빨리 마모된다는 의미입니다. 이것이 바로 2018~2019년경 수많은 초기 e-항공 노력이 지연된 이유입니다. 화학은 종이에서는 작동했지만 상업적으로 사용하기에는 충분히 안전하거나 신뢰할 수 없었습니다. 우리 팀은 음극과 전해질 재료를 수정하고, 고급 열 관리 레이어를 구축하고, 수천 개의 셀에 걸쳐 일관성을 보장하기 위해 제조 공정을 완성함으로써 이러한 문제를 해결하는 데 수년을 보냈습니다.
3.85V/4.4V 고전압 Lipo 셀을 예로 들어 보겠습니다. 이러한 셀은 에너지 밀도와 안전성의 균형을 맞추도록 특별히 설계되었습니다. 우리는 구멍을 내고, 부수고, 과충전하는 일련의 충돌 시뮬레이션에서 테스트했습니다. 이는 FAA와 같은 항공 규제 기관에서 배터리를 상업용으로 승인하기 전에 요구하는 표준 테스트입니다. 그 결과는 기존 리튬 이온 셀보다 훨씬 더 좋았습니다. 열폭주도 없고, 심각한 화재 위험도 없으며, 현재 1,500회가 넘는 완전 충전-방전 주기에 달하는 사이클 수명을 자랑합니다. 항공사의 경우 이는 배터리 팩이 정기적으로 사용 시 5~7년 동안 지속될 수 있음을 의미하며 이는 일반적인 제트 엔진 수명과 일치합니다. 이는 HV LiPo 셀을 단순한 실험실 실험이 아닌 중요한 옵션으로 만드는 일종의 신뢰성입니다.
항공 분야에서 HV LiPo 배터리의 또 다른 큰 이점은 수요에 따라 높은 전력을 공급할 수 있는 능력입니다. 비행기는 단지 에너지를 저장해야 하는 것이 아니라 이륙, 상승, 비상 조종을 위해 엄청난 양의 전력을 신속하게 끌어내야 합니다. 예를 들어 737 MAX는 이륙하는 데 수만 킬로와트가 필요합니다. 초기 전기 모터 설계는 이를 제공할 수 있었지만 배터리는 성능을 저하시키는 전압 강하 없이는 이를 공급할 수 없었습니다. HV 셀은 공칭 전압이 더 높습니다. 즉, 비행기 모터의 작동 전압에 도달하기 위해 직렬로 연결된 더 적은 수의 셀이 필요하다는 의미입니다. 이는 배터리 팩의 전체 무게를 줄이고, 배선을 단순화하며, 느슨한 연결로 인한 고장 위험을 낮춥니다. 당사의 고전압 Lipo 라인은 10C의 연속 방전 속도(암페어 단위로 용량의 10배를 제공할 수 있음을 의미)와 20C의 피크 속도를 처리하도록 제작되어 중소형 전자 항공기의 높은 전력 요구 사항에 적합합니다.
이론은 여기까지만 다루었기 때문에 실제 사용 사례에 대해 이야기해 보겠습니다. 현재 대부분의 전기 비행기는 작습니다. 짧은 노선을 위한 2~8인승이거나 대형 화물 드론입니다. 그러나 업계는 뉴욕에서 보스턴, 런던에서 파리까지 500마일 이하의 노선에서 50~100명의 승객을 태울 수 있는 지역 항공기를 향해 빠르게 움직이고 있습니다. Eviation, Heart Aerospace 및 magniX와 같은 회사는 모두 HV LiPo 배터리를 사용하는 프로토타입 비행기를 테스트하고 있습니다. 9인승 전기 비행기인 Eviation의 Alice는 배터리 팩에 1,000개의 고전압 LiPo 셀 장치를 사용하여 한 번 충전으로 440해리(약 500마일)의 범위를 제공합니다. 이는 정확히 미국 내 모든 국내선 항공편의 80%에 필요한 범위입니다. 비행기는 제트 연료 대신 전기를 사용하기 때문에 탄소 배출량을 90%까지 줄입니다. 이는 2050년까지 순제로 목표를 달성하려는 항공사에게 큰 승리입니다.
화물 항공은 HV LiPo 배터리가 변화를 만들어내는 또 다른 영역입니다. 소형 패키지 배송 드론은 수년간 사용되어 왔지만 최근까지 몇 파운드 이상을 운반할 수 없었습니다. 10000mah Lipo 배터리와 같은 고전압 셀을 사용하면 배송 드론은 50마일 거리에서 10~15파운드를 운반할 수 있으며 이는 대부분의 대도시 지역에서 당일 배송에 충분합니다. Amazon 및 Wing과 같은 회사는 이미 이러한 드론을 테스트하고 있으며 HV 배터리 성능을 확장 능력의 핵심 요소로 언급하고 있습니다. 최대 10톤에 달하는 더 큰 화물 비행기도 작업 중입니다. 화물 회사의 비용과 배출량을 줄이기 위해 수백 개의 고전압 셀을 사용할 것입니다.
물론, 아직 넘어야 할 난관이 남아있습니다. 가장 큰 것은 인프라입니다. 비행기는 신속하게 충전해야 하며, 공항에는 한 번에 수백 킬로와트의 전력을 처리할 수 있는 고용량 충전소를 추가해야 합니다. 현재 대부분의 HV LiPo 배터리는 80% 용량까지 충전하는 데 약 30분이 소요됩니다. 이는 비행 간 지상 시간이 있는 상업 노선에서는 충분히 빠르지만 소요 시간을 줄이려면 훨씬 더 빨라져야 합니다. 우리는 이에 대해서도 연구하고 있습니다. 우리 R&D 팀은 안전이나 수명을 희생하지 않고 충전 시간을 절반으로 줄일 수 있는 새로운 전해질을 테스트하고 있습니다. 또 다른 장애물은 비용입니다. HV LiPo 배터리는 여전히 제트 연료보다 kWh당 더 비싸지만 가격이 빠르게 하락하고 있습니다. 지난 5년 동안 HV 셀의 비용은 40% 감소했으며 생산 규모가 확대됨에 따라 2030년에는 제트 연료와 동등한 수준에 도달할 것으로 예상됩니다. 그때가 되면 전기 항공은 틈새 서비스가 아닌 표준이 될 것입니다.
고전압 리튬 이온 배터리 공급업체로서 우리의 역할은 단순히 셀을 판매하는 것이 아니라 항공기 제조업체와 협력하여 특정 문제를 해결하는 것입니다. 우리는 단지 세포 상자를 배송하고 떠나지 않습니다. 우리는 엔지니어링 팀과 협력하여 비행기 프레임에 맞고 무게 요구 사항을 충족하며 모든 규제 테스트를 통과하는 맞춤형 배터리 팩을 설계합니다. 우리는 실시간 성능 데이터를 제공하므로 배터리 성능을 추적하고 그에 따라 비행 계획을 조정할 수 있습니다. 그리고 우리는 에너지 밀도를 더욱 높이기 위해 끊임없이 화학을 업데이트하고 있습니다. 왜냐하면 그것이 차세대 전기 비행기의 잠금을 해제할 것이라는 것을 알고 있기 때문입니다.
앞으로 10년을 내다보면 전기 항공 산업은 1,000억 달러 규모의 산업이 될 것으로 예상되며, 그 중심에는 HV LiPo 배터리가 있을 것입니다. 2035년까지 고전압 셀로 구동되는 50석 지역 비행기가 정기 노선을 비행하는 모습을 보게 될 것이며, 2040년에는 대형 협폭 비행기가 상용 서비스를 위해 테스트될 것입니다. 이러한 변화는 하룻밤 사이에 일어나지 않을 것입니다. 제트 연료는 이미 굳건히 자리 잡았고 항공사들은 신기술이 입증될 때까지 이에 대한 투자를 주저하고 있습니다. 그러나 그 추진력은 부인할 수 없습니다. 매달 또 다른 프로토타입이 하늘로 날아오르고, 또 다른 항공사가 전기 항공기 주문 의향서에 서명하고, 또 다른 규제 기관이 항공 분야의 HV 배터리 사용에 대한 새로운 지침을 발표합니다.
다음 프로젝트를 추진하려는 비행기 제조업체, 항공사 또는 e-항공 스타트업의 일원이라면 우리 팀이 도와드리겠습니다. 우리는 광범위한 응용 분야에 에너지 밀도와 안전성의 완벽한 균형을 제공하는 3.8V/4.35V 고전압 Lipo 셀을 포함하여 고전압 Lipo 라인을 개선하는 데 수년을 보냈습니다. 우리는 고객과 협력하여 셀 구성을 맞춤화하고, 테스트 및 인증 중에 기술 지원을 제공하며, 프로젝트 성장에 따라 수요를 충족할 수 있는 확장 가능한 생산을 제공합니다. 소형 화물 드론을 제작하든, 50인승 지역 제트기를 제작하든, 당사는 귀하의 성공을 뒷받침할 HV LiPo 셀을 보유하고 있습니다.
참고자료
- 국제에너지기구. (2023).2023년 글로벌 EV 전망: 앞서가는 충전. IEA 간행물.
- 연방 항공국. (2022).전기 항공기의 배터리 안전 표준. FAA 항공 안전 브리핑.
- 비행 항공기. (2023).앨리스 전기 항공기: 기술 사양. 비행 공식 문서.
- 리튬이온전지산업협회. (2024).고전압 셀 시장 보고서: 항공 애플리케이션. LIBA 연구.
- magniX. (2023).지역 항공을 위한 전기 추진: 사례 연구. magniX 기술 백서.
