Lilium의 eVTOL 항공기는 프로펠러를 노출하는 대신 소형 전동 덕트(ducted) 제트 엔진을 장착하여 놀라운 외관을 갖추었지만, 이러한 설계는 배터리에 부담을 주게 될 것이다. Lilium은 이러한 과제를 해결할 수 있는 셀을 제조하는 기업에 수백만 달러를 투자했다.

<New Atlas>는 이전에도 Lilium의 소형 팬 설계와 해당 설계가 항공기의 효율성 및 사용 사례(use case)에 미치는 영향을 다룬 바 있다. 요컨대, 다른 모든 조건이 동등할 경우 직경이 큰 소수의 프로펠러보다 직경이 작은 다수의 팬을 사용하면 항공기의 수직 이착륙 및 정지 비행(hovering) 단계에서 전력을 두 배로 필요한 반면 순항(cruise) 단계에서는 저항력을 낮출 수 있을 것이다. 결과적으로 Lilium은 이러한 비효율성이 단점으로 작용할 단거리 시내 노선보다는 중장거리 시외 노선을 공략하고 있다.

앞선 보도에서는 배터리와 관련된 부분은 깊이 다루지 않았다. Lilium이 처리할 장거리 경로의 경우 배터리 비에너지(specific energy), 즉 단위 질량(kg)당 에너지(Wh)가 많이 필요할 것이다. 동시에 Lilium의 배터리에는 고출력을 요하는 VTOL 항공 단계를 수행하기 위한 초고속 방전율도 필요하므로, 매우 인상적인 전력 밀도가 요구될 것이다.

무엇보다도 Lilium은 충전량이 적어도 높은 출력을 낼 수 있는 배터리가 필요할 것이다. 정격 항속거리 한계에 가까워지는 상황에서 긴급 상황이 발생하여 조종사가 충전량 20% 미만으로 비축 배터리 에너지를 사용해야 한다고 가정해 보자. 해당 항공기는 이러한 상황에서도 Lilium의 추산에 따르면 최대 45초 동안 고출력을 요구하는 동작인 수직 착륙을 안전하게 수행할 수 있어야 한다.

이러한 요건을 달성하려면 착륙에 가까운 때에도 고출력을 유지하며 여러 작업을 수행할 수 있는 특별한 배터리가 필요하다. Lilium은 과거에 Zenlabs라는 이름으로 알려졌던 Ionblox라는 기업에 수백만 달러를 투자한 덕분에 이러한 문제를 해결할 수 있었다. Lilium은 eVTOL 분야에서 동 기업에 대한 독점적 권한을 보유하고 있다.

대부분의 리튬 배터리 셀은 흑연을 사용하는 반면 Ionblox는 실리콘 양극을 사용한다는 점이 핵심 차별점이다. 실리콘 양극은 초고속 충/방전율을 제공하고 비에너지를 25% 견고하게 높일 수 있지만, 충전 시 실리콘이 400% 팽창하고 반복된 충전 주기 동안 크기 변화가 심해져 균열과 열화가 시작되기 때문에 수명이 짧은 경향이 있다.

Ionblox는 이 분야에서 여러 특허를 보유하고 있다. 그 중 한 건은 산화 실리콘/탄소 복합 매트릭스(matrix)에 작은 실리콘 방울(blob)을 유지하여 손상 없이 팽창과 수축을 반복하는 기술이다. 동 기업은 전동 항공기에 사용될 셀에 정확히 어떤 기술을 도입할지 밝히지 않고 있지만, 이러한 수치는 우수한 발전 가능성을 시사한다.

셀 수준에서는 Tesla 《Model3》 배터리가 비에너지 비교에 적합하다. <Inside EVs>는 동 배터리가 현재 272~295Wh/kg 비에너지를 보유하고 있다고 설명한다. Ionblox는 항공기에 특화된 배터리를 완속 충전한다면 이보다 15~25% 높은 비에너지 340Wh/kg를 확보할 수 있다고 언급한다.

또한 Ionblox는 주변 온도가 훈훈한 30℃일 때 충전량 50%에서 12C 방전율로 30초 펄스 방전 시 출력 밀도 3.8kW/kg을 제공하며, 충전량이 30%로 낮아져도 12C 30초 펄스 방전으로 3kW/kg 출력밀도를 제공한다고 설명하고 있으므로, 충전량이 적을 때에도 고출력이 요구되는 수직 착륙을 수행할 수 있을 것으로 보인다.

아울러 차량 등급 셀의 수명을 테스트하여 15분 만에 완충할 수 있는 매우 빠른 4C 속도로 충, 방전을 1,000회 반복한 후에도 배터리 용량의 80% 이상을 사용할 수 있다는 점을 발견했다. 항공기 등급 셀에는 이러한 가혹한 테스트를 진행하지 않았지만, Ionblox는 1C(60분) 충, 방전 사이클을 700회 반복했을 때에도 배터리가 성능을 유지했다고 밝혔다.

Lilium은 양산 시점에 이러한 배터리의 차세대 제품을 사용할 가능성이 가장 높다고 언급했다. 동 기업은 수직 이착륙기의 예상 인증 시점을 2025년으로 연기했으므로, Ionblox는 배터리를 수정할 시간을 2년 정도 확보하여 발전 가능성에 기대를 모으고 있다.