차세대 이동수단으로 개발되는 도심항공교통(UAM)이 전기차 이후 새로운 배터리 수요처로 주목받는다. 제조사들은 UAM에 적합한 차세대 배터리 개발에 나섰다.
10일 업계에 따르면 UAM용 차세대 배터리 음극에는 리튬메탈, 양극에는 리튬황이 적합한 소재로 거론된다. 빠르면 2025년 리튬메탈 배터리가, 2027년에는 리튬황 배터리가 UAM용으로 상용화 될 전망이다.
항공기 설계에 가장 중요한 요소는 경량화다. 리튬메탈 배터리와 리튬황 배터리는 현재 주류인 리튬이온 배터리보다 무게당 에너지밀도(wh/㎏)가 높다. 무게가 가벼우면 연료 효율을 개선하는데 유리하고 무게 대비 높은 에너지밀도는 더 긴 거리를 비행할 수 있게 해준다.
리튬메탈 배터리는 음극에 리튬 금속을 사용하는 배터리를 통칭한다. 무게가 가볍고 두께가 얇기 때문에 배터리 크기와 부피를 줄여 에너지 밀도를 향상시키는데 유리하다.
리튬메탈 배터리에서 가장 빠른 개발 진도를 보이는 곳은 미국 SES AI다. SES AI는 2025년 리튬메탈 배터리 상용화를 목표로 하고 있다. 현재 현대차를 포함한 완성차 업체 2곳과 전기차용 리튬메탈 배터리 B샘플 공동개발협약을 체결하고 개발을 진행하고 있다.
UAM의 경우 A, B, C 샘플 단계를 거칠 필요가 없기 때문에 더 빠른 상용화가 이뤄질 것으로 내다보고 있다. SES AI가 개발 중인 리튬메탈 배터리의 에너지밀도는 L당 1000Wh로 리튬이온 배터리(L당 700Wh) 보다 40% 이상 높다.
SES AI 관계자는 “리튬메탈 배터리는 에너지 밀도가 높고 무게가 가벼워 1회 충전으로 주행거리가 길어야 하는 UAM용으로 가장 적합하다”고 설명했다.
미국 오크릿지국립연구소(ORNL) 루훌 아민 박사는 '전기수직이착륙기(eVTOL) 성공을 위한 리튬이온 배터리 설계 및 성능에 관한 연구' 논문에서 “리튬메탈과 실리콘은 eVTOL을 위한 차세대 리튬이온 배터리 음극으로 사용하기에 훌륭한 후보”라고 언급했다.
양극에 황을 사용하는 이차전지인 리튬황 배터리도 UAM용으로 주목받는다. 황은 지구에서 17번째로 풍부한 원소로 가격이 저렴하며 무게가 가볍다. 양극에 황을 사용하면 배터리 무게를 줄이고 제조 단가를 낮출 수 있다.
LG에너지솔루션이 2027년 양산을 목표로 리튬황 배터리 상용화를 추진 중이다. 회사는 고고도 무인기와 UAM 시장을 겨냥해 리튬황 배터리를 개발하고 있다. 특히 UAM의 경우 무게와 출력, 긴 수명이 요구되는 만큼 관련 개발에 집중하고 있다.
김제영 LG에너지솔루션 최고기술책임자(CTO)는 인터배터리 컨퍼런스에서 “리튬황 배터리는 리튬이온 배터리 대비 2배 수준의 무게당 에너지밀도를 확보할 수 있다”면서 “다만 수명 문제가 극복해야할 숙제로 이를 개선하는데 집중하고 있다”고 소개했다.
정현정 기자 iam@etnews.com
