항우연 비행체 탑재 고도 22㎞ 비행
영하 70도, 지상 1/25 대기압 안정 출력
리튬이온보다 에너지밀도 1.5배, 가격 하락 장점

LG화학은 한국항공우주연구원에서 개발한 고고도 장기 체공 태양광 무인기(EAV-3)에 리튬황 배터리를 탑재해 성층권 환경에서 비행하는 시험에 성공했다고 10일 밝혔다.

성층권은 대류권(지상~12㎞)과 중간권(50~80㎞) 사이에 위치한 대기층으로 고도 12~50㎞ 사이를 말한다.

EAV-3는 고도 12㎞ 이상 성층권에서 태양에너지와 배터리로 오랜 시간 날 수 있는 소형 비행기다. 날개 위 태양전지판으로 충전을 하며 낮에는 태양전지와 배터리 전력으로 비행하고 밤에는 낮에 배터리에 충전된 전력으로 비행한다. 날개 길이는 20m, 동체 길이는 9다.

LG화학은 지난달 30일 한국항공우주연구원 고흥 항공센터에서 EAV-3에 리튬황 배터리를 탑재한 후 오전 8시 36분부터 오후 9시 47분까지 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 22㎞를 비행해 무인기 기준으로 국내 성층권 최고도 비행 기록을 달성했다. 또한 총 13시간의 비행 중 7시간을 일반 항공기가 운항할 수 없는 고도 12~22㎞의 성층권에서 안정적인 출력으로 비행했다.

리튬황 배터리는 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리 중 하나로 꼽힌다. 양극재에 황탄소 복합체, 음극재에 리튬메탈 등 경량 재료를 사용해 무게당 에너지밀도가 기존 리튬이온 배터리 대비 1.5배 이상 높다. 현 전기차 주행거리가 400㎞인 점을 감안하면 이론적으로 600~800㎞ 주행이 가능하다. 또한 니켈, 코발트 등 값비싼 금속을 사용하지 않아 가격경쟁력도 뛰어난 점이 장점이다.

LG화학 미래기술연구센터 혁신전지 프로젝트팀은 1년 6개월 동안 성층권의 환경과 유사한 극한의 환경을 재현해 낮은 온도와 기압에서 리튬-황 배터리 연구를 진행했다. 향후 추가적인 리튬-황 배터리 시제품을 생산해 수일 이상의 장기 체공 비행을 시연할 예정이다.

LG화학은 에너지밀도가 현재 리튬이온 배터리의 2배 이상인 리튬-황 배터리를 2025년 이후 양산할 계획이다.

노기수 LG화학 CTO 사장은 “이번 비행 테스트를 통해 고 에너지 밀도의 차세대 배터리 분야에서 세계 최고 수준의 기술력을 입증했다”며 “향후 차세대 배터리 분야에 연구개발을 집중해 세계 시장에서의 주도권을 더욱 공고히 해나가겠다”고 말했다.