국내 최초 리튬-황 배터리로 최고도 비행 성공
영하 70도,지상 대비 25분의 1수준 안정 출력

LG화학, 배터리 혁명 세계 평정 실현 가능?

김영민 기자 | news@ecoday.kr | 입력 2020-10-01 17:17:27
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▲LG화학이 공개한 고고도 태양광 무인 항공기 EAV-3

[환경데일리 김영민 기자]국내 무인 비행기로는 전례가 없는 고도 22km를 비행에는 LG화학 배터리 기술이 탐재됐다.

LG화학이 국내 최초로 차세대 배터리를 활용한 무인기 최고(最高) 고도 비행 테스트에 성공했다. 이와 관련 LG화학은 지난달 한국항공우주연구원에서 개발한 고고도 장기 체공 태양광 무인기(EAV-3)에 리튬-황 배터리를 탑재해 성층권 환경에서 비행하는 시험에 성공했다고 밝혔다.

성층권은 지상에서 부터 상공 12km까지, 그 중간권인 50~80km 사이에 위치한 대기층으로 고도 12~50km 사이다.
EAV-3 성능은 고도 12km 이상에서 태양빛을 받아 충전되는 에너지와 보조배터리를 통해 오랜 시간 날 수 있는 소형 비행기다. 비행시간은 테스트때 13시간 정도로 기록됐다.

하지만 앞으로 더 보완하면 24시간도 가능할 것으로 예측하고 있다. 날개 위 태양전지판으로 충전을 하며 주간에 태양전지와 배터리 전력으로 비행하고 야간은 낮에 배터리에 충전된 전력으로 비행한다.  EAV-3의 날개 길이는 20m, 동체 길이는 9m다.

앞서 LG화학은 8월 말 한국항공우주연구원 고흥 항공센터에서 EAV-3에 리튬-황 배터리를 탑재한 후 약 13시간 동안 비행 테스트를 진행했다.

국내에서 리튬-황 배터리로 테스트를 진행한 것은 LG화학이 처음이다. 이번 비행 테스트에서 EAV-3는 국내 무인 비행기로는 전례가 없는 고도 22km를 비행해 무인기 기준 국내 성층권 최고 고도 비행 기록을 달성했다.

 

또한 총 13시간의 비행 중 7시간을 일반 항공기가 운항할 수 없는 고도 12~22km의 성층권에서 안정적인 출력으로 비행했다. 비행 테스트는 영하 70도의 낮은 온도와 대기압이 지상 대비 25분의 1수준인 진공에 가까운 성층권의 극한 환경에서도 작동됐다.


이는 차세대 배터리인 리튬-황 배터리 덕분이다. LG화학측은 안정적인 충방전 성능을 확인했다는데 큰 의미가 있다고 미래 배터리 시장에 크게 앞장 서게 됐다. 리튬-황 배터리는 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리다.

일단 경량급으로 양극재에 황탄소 복합체, 음극재에 리튬 메탈 등 경량 재료를 사용해 무게 당 에너지 밀도가 기존 리튬이온 배터리 대비 1.5배 이상 높은 배터리다. 기존 리튬이온 배터리보다 가볍고 희귀 금속을 사용하지 않아 가격경쟁력이 뛰어난 것이 장점이다.


배터리 시장 수요는 무궁무진하다. 앞으로 보편적으로 쓰게 될 전기차는 물론 하늘 이동수단이 될 드론 및 개인용 항공기 등 운송 수단에 적용된다. 문제는 한번 작동시킬 경우 가동시간이다. 이런 성능을 좌우하는 핵심부품 개발은 LG화학 등을 비롯해 세계 주요 기업들이 개발전에 사활을 걸고 있다.

지금까지 현존 기술을 한 단계 업그레이드한 하늘 비행시간과 육상에서 달리는 이동수단은 한번 충전으로 24시간까지 접근성을 코앞에 두고 있다. 그만큼 먼저 기술력으로 시장에 진입하느냐에 따라 글로벌 시장에서 우위를 점할 수 있는 중요한 변수가 될 수 밖에 없다.

이번 프로젝트에는 LG화학 미래기술연구센터 혁신 전지팀은 1년 6개월 동안 도전했다. 실험은 성층권의 환경과 유사한 극한의 환경을 재현해 낮은 온도와 기압까지 고려한 변수를 적용해 리튬-황 배터리 연구를 진행했다. 이를 바탕으로 비행 테스트를 성공적으로 완료했다고 회사측은 전했다.


LG화학은 여기서 멈추지 않겠다고 선언했다. 향후 앞을 1년 내 추가적인 리튬-황 배터리 시제품을 생산해 수일 이상의 장기 체공 비행을 시연할 예정이다. 그리고 에너지 밀도가 현재 리튬이온 배터리의 2배 이상인 리튬-황 배터리를 2025년 이후 양산할 계획이다.

LG화학 CTO 노기수 사장은 "이번 성공적인 비행 테스트는 시작이 불과하다."라며 "고에너지 밀도의 차세대 배터리 분야는 미래 산업에 중요한 생명수와 같다."고 말했다. 노 사장은 "우리 LG화학은 세계 최고 수준의 기술력을 입증받기 위해 앞으로 차세대 배터리 분야에 고도의 연구개발로 전세계에서의 배터리 시장을 주도하도록 선택과 집중으로 해내겠다."고 덧붙었다.


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