2024년은 항공 전동화의 변곡점을 맞이하게 될 시점이다. 일론 머스크 역시 2024년 도심 곳곳을 전기 수직 이착륙 비행체로 연결해 항공교통을 만들겠다 밝힌 바 있다. eVTOL 업계의 시장규모는 2025년 350억 달러, 2030년 3,000억 달러, 2040년 1조 달러를 넘어설 것으로 전망된다. 이에 eVTOL은 동력배터리의 각종 성능 지표 요구에 질적인 변화를 일으킬 것이다.

eVTOL시장의 동력 수요 ‘대세’

 eVTOL은 전기차보다 더 높은 동력배터리 성능을 요구하며, 고효율, 고배율, 고안전 등의 방면에서 새로운 고도에 올라섰다. 현재 eVTOL 배터리의 에너지 밀도는 285Wh/kg 수준으로 승용차의 삼원계 배터리에 비해 40% 높고, 리튬철배터리 보다 두 배 가량 높다. 이에 eVTOL의 기본 항속성을 충족하기 위해서는 에너지 밀도가 지속적으로 향상되어야 한다.

배터리 기업 집중 투자

 현재 전 세계적으로 전고체 배터리, 리튬금속배터리로 대표되는 선진 배터리 기술이 eVTOL 시장을 통해 발전하고 있다. 최근 소식에 따르면, 소프트팩 배터리를 전문적으로 생산하는 Funeng Technology는 이미 세계적으로 유명한 eVTOL 제조사와 협력하여 제품을 인도하기 시작했다. Funeng이 eVTOL에 적용한 동력배터리는 에너지 밀도 285Wh/kg, 최고 속도 320km/h, 최대 비행 거리 250km, 배터리 충방전 1만 회 이상 가능하다. Funeng을 포함한 다른 중국 배터리 업체들도 현재 집중적인 개발을 진행하고 있다. 

  CATL은 2023년 7월 19일 COMAC과 Shanghai Jiaotong University Enterprise Development Group과 공동으로 Commercial Aircraft Corporation of China를 설립했다. 그리고 직전인 4월에는 에너지밀도가 500Wh/kg인 응축형 배터리를 발표하였다.

  GOTION은 EHang과 2023년 전략적 협약을 체결하였다. 양측은 EHang 스마트 eVTOL제품을 기반으로 하는 동력 배터리셀, 배터리팩, 에너지 저장 시스템 및 충전 인프라를 공동으로 개발하고 산업 시너지 발전의 새로운 모델을 모색한다. 

  Xpeng은 2022년 10월 전기 수직 이착륙기인 Huitian X3의 테스트 비행을 성공적으로 수행했으며, CALB의 9시리즈 하이니켈/실리콘 시스템 동력 배터리를 사용한다. 

 ZENERGY는 eVTOL 시장을 겨냥할 수 있는 320Wh/kg의 고에너지밀도를 바탕으로 20% SOC, 12C의 고배율 방전 및 5C 정전류 고배율 방전 성능을 만족시킨다. 현재 ZENERGY는 국내외 많은 전기 항공기 회사와 심도 있는 협력을 통해 항공 내항성 인증을 통과했다. eVTOL 시장에서는 첨단 동력 배터리 기술을 심화하고 있는 혁신 기업들이 기세를 올리고 있다. 

 SES AI Corporation은 2023년 말 도심 항공 모빌리티를 발표하면서 리튬 금속 배터리의 과충전, 외부 단락, 열안전성 테스트를 통과해 UN38.3(유엔 위험물 운송 전문가 위원회 ‘테스트 표준 매뉴얼’ 38.3절)을 획득하였다. 이 테스트는 고온 테스트, 저온 테스트, 진동 테스트, 충격 테스트 등의 측면에서 배터리 안전성을 확인한다. eVTOL 시장에 대해 후치차오(胡?朝)SES 창업자 겸 CEO는 “SES는 1년 안에 eVTOL에서 리튬 금속 배터리의 상용화를 실현할 것”이라 밝혔다. 

  Xinjie energy의 경우 앞서 출시한 첫 리튬 금속 배터리 제품의 에너지 밀도가 450Wh/kg에 달한다. 현재 Xinjie energy는 200MWh 규모의 생산라인을 구축했다. 

 Montavista의 단량체 리튬금속배터리 에너지 밀도는 이미 500Wh/kg 이상을 달성했고, 고온, 외부 단락, 진동, 과충전 등 국제 표준 테스트를 통과하였다. 또한 국제 비행 시험을 거쳐 Montavista 리튬금속배터리를 탑재한 비행체의 비행 시간이 70% 이상 연장되었다. 현재 Montavista는 국내외 전기 항공 분야의 선진 기업과 전략적 협력을 잇달아 체결하고 있다. 

현재 업체들의 행보로 볼 때 eVTOL 시장의 동력 수요는 현재 배터리 기술의 최첨단인 전고체 배터리를 지향하고 있다. 현재 중국의 동력 배터리 기술은 친환경차 분야에서 우위를 점하고 있는데, 이 우위가 eVTOL 시장에서도 지속적으로 적용될 수 있을 지에 대해서는 지속적인 주의가 필요하다. 

중국과학원 원사인 어우양밍가오(??明高) 칭화대 교수는 2024년 1월 공개포럼에서 전고체 배터리 개발에 대해 “업계가 현재 전고체 배터리 산업의 발전이 열 재료, 공정, 산업 체인, 설비의 각 단계에서 직면한 도전은 매우 크며 산학연의 각 계층이 협동하여 혁신해야 한다”고 밝혔다.