29. 도심항공교통(UAM) 배터리 기술개발 현황 및 문제점 해결 방안

1. UAM 상용화를 위한 핵심 요소: 배터리의 성능과 안정성

도심항공교통(UAM, Urban Air Mobility)은 미래 도시의 교통 체계를 바꿀 핵심 기술로 주목받고 있다.
특히 eVTOL(전기 수직이착륙기)은 탄소배출이 없는 친환경 이동수단으로 각광받지만,
이 기술의 실질적인 상용화를 가로막는 가장 근본적인 기술 과제가 바로 배터리 시스템이다.

eVTOL 기체는 도심 내 단거리 고속 이동을 위해 설계되었으며,
짧은 시간 안에 높은 출력을 요구하는 비행 특성상 에너지 밀도가 높은 배터리가 필수적이다.
그러나 현재 항공용으로 사용 가능한 리튬이온 배터리는 고출력에는 적합하나,
에너지 밀도, 발열 안정성, 수명 측면에서 한계가 존재한다.
예컨대, 수직이착륙 시에는 순간적으로 많은 전류가 요구되는데,
지속적으로 고부하가 걸릴 경우 배터리의 화재 위험성, 수명 단축, 효율 저하 등이 발생할 수 있다.

게다가 항공기용 배터리는 단순한 고출력 이상으로 신뢰성, 경량화, 충전 시간, 환경 내구성 등
복합적인 요건을 만족해야 하기 때문에, 자동차용 전기 배터리보다 기술 수준과 인증 기준이 훨씬 더 까다롭다.
이처럼 배터리 성능이 곧 UAM의 안정성과 직결되는 상황에서,
현재의 기술 수준은 아직 완전한 상용화를 위한 기준에는 도달하지 못한 상태라고 볼 수 있다.

 

2. 현재 개발되고 있는 차세대 배터리 기술의 동향

UAM 산업의 폭발적인 성장 가능성에 발맞춰,
전 세계적으로 다양한 차세대 배터리 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.
현재 가장 주목받는 기술은 전고체 배터리(All-Solid-State Battery)이다.
전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리와 비교해
에너지 밀도가 높고, 열 안정성이 우수하며, 화재 위험성이 현저히 낮다.
이로 인해 eVTOL과 같은 고위험 환경에서 안정적인 운용이 가능한 배터리로 각광받고 있다.

또한, 리튬황(Li-S), 리튬실리콘, 수소 연료전지 기반 하이브리드 배터리 등도
항공 모빌리티에 적용 가능한 차세대 에너지 저장 기술로 연구되고 있다.
특히 리튬황 배터리는 이론적으로 리튬이온 배터리보다 5배 이상 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있으며,
무게 대비 출력 효율이 뛰어나기 때문에 항공기체의 경량화와 비행거리 확보 측면에서 유리하다.

이외에도 미국의 Joby Aviation, 독일의 Lilium, 한국의 한화시스템 등
UAM 관련 기업들은 자체 배터리 팩 설계, 열관리 시스템, 고속충전 기술 등을 내재화하고 있으며,
기체의 비행 특성과 배터리 성능 간 최적화를 위한 통합 설계가 진행 중이다.

하지만 이 모든 기술은 아직 상용화 단계까지는 수년 이상의 검증 및 인증 과정이 필요하며,
기술 자체의 완성도뿐 아니라 대량 생산성과 경제성 확보가 동반되어야 실질적인 시장 진입이 가능하다.

 

3. 배터리 기술이 안고 있는 실질적인 문제점들

eVTOL에 사용될 배터리 기술은 고도의 성능뿐 아니라,
실제로 운영 중 발생할 수 있는 변수와 안전 문제를 함께 해결해야 한다.
가장 큰 문제는 에너지 밀도와 기체 무게 간의 균형이다.
더 긴 거리와 더 많은 탑승자를 수송하기 위해서는 더 많은 에너지가 필요하지만,
배터리 용량을 늘릴수록 기체가 무거워져 비행 효율성이 낮아진다.
이는 결국 비행 거리와 수익성 저하로 이어질 수 있다.

또한 충전 시간문제도 상용화의 장애물 중 하나다.
도심 내에서 빠르게 순환 운항을 해야 하는 eVTOL 특성상
짧은 지상 체류 시간 동안 배터리를 충분히 충전할 수 있어야 한다.
그러나 현재의 충전 기술로는 수십 분 이상이 소요되며,
고속충전 시 배터리 수명 단축 및 발열 문제가 발생할 수 있다.

배터리의 수명 관리와 열 제어 시스템 역시 주요 기술 과제다.
고온 환경에서의 지속적인 운항은 셀의 열폭주 현상으로 이어질 수 있으며,
이로 인해 기체의 추락 위험까지 초래할 수 있다.
이를 막기 위해서는 정교한 열 분산 설계, 다중 냉각 장치, AI 기반 모니터링 시스템이 필수적으로 요구된다.

또한 배터리 교체 및 정비 비용 역시 운용사 입장에서 중요한 고려 요소다.
배터리의 교체 주기와 정비 비용이 높다면, 이는
UAM의 경제성과 상용화 속도를 저해하는 결정적 요인이 될 수 있다.

 

4. 해결방안과 중장기 전략: 통합 시스템과 기술 융합이 핵심

이러한 문제를 해결하기 위해서는 단순히 배터리 기술 자체를 개선하는 것만으로는 부족하다.
기체 설계, 운영 전략, 충전 인프라, 에너지 관리 시스템 등
전체 생태계 관점에서 통합적 해결책이 마련되어야 한다.

우선 기술적인 측면에서는 전고체 배터리의 상용화 시점을 앞당기기 위한 국가 차원의 투자와 지원이 필요하다.
정부는 기술 실증을 위한 규제 샌드박스, 안전 기준 마련, 고위험 배터리 실험 환경 제공 등을 통해
기업들이 보다 빠르게 기술을 검증하고 실제 환경에 적용할 수 있도록 도와야 한다.

또한 배터리 교환형 시스템(Swap Type) 도입도 유력한 대안이 될 수 있다.
기체가 착륙하면 충전하는 대신, 자동화된 시스템을 통해
충전 완료된 배터리를 즉시 교체하는 방식으로 운항 효율성과 배터리 수명을 동시에 개선할 수 있다.

운영 관점에서는 AI 기반의 에너지 효율 예측 시스템을 도입해
운항 경로, 날씨, 기체 상태에 따라 최적의 에너지 분배와 충전 시점을 예측해야 하며,
이는 스마트 버티포트 인프라와 연결된 에너지 관리 플랫폼으로 통합되어야 한다.

중장기적으로는 UAM 배터리 기술이
재생에너지 연계, 스마트그리드 기반 에너지 공급 체계, 친환경 소재 기술과 결합되어
단순한 항공 이동수단을 넘어서 도시 전체 에너지 순환 구조와 연결되는 핵심 축으로 진화해야 한다.

 

<결론>

• UAM 배터리는 기술적 성능뿐만 아니라 안전성, 효율성, 경제성을 모두 만족시켜야 하는 복합 기술이다.
• 전고체, 리튬황 등 차세대 배터리 개발이 핵심이며, 충전 시간, 발열, 수명 등의 문제 해결이 병행되어야 한다.
• 배터리 기술은 기체 설계, 충전 인프라, 운영 시스템과 통합적으로 접근해야 한다.
• 결국 배터리는 UAM 기술의 심장이며, 그 기술 발전 속도가 상용화의 속도를 결정짓는다.