새로운 배터리 시장 feat. Urban Air Mobility (UAM) 도심항공모빌리티

배터리 성장둔화를 이겨낼 새로운 배터리 시장이 있나?

대표적으로 도심항공모빌리티 (Urban Air Mobility; UAM)가 있다!

안녕하세요! WAB입니다.
오늘은 배터리 산업의 예상되는 미래 먹거리에 대해 살펴보겠습니다.
UAM이란 교통체증이 심한 도심에서 하늘을 나는 택시나 드론으로 사람, 물건을 운송할 수 있도록 하는 새로운 개념의 도심항공교통 체계입니다.

옛날에 미래 사회에 대해서 그려오라 그러면 하늘을 나는 차를 그려가곤 했는데,
이제 몇년 안 남은 거 같습니다. 정말 설레네요 :)

자, 돌아와서 배터리 업계가 새로운 배터리 시장이 필요한 이유는 다음과 같습니다.
예전에는 OEM과 배터리 업체 간 hegemony는 배터리 업체에게 있었습니다.

하지만, 현재 원자재 sourcing부터 단가 책정까지 OEM이 꽉 쥐고 있다고 봐도 과언이 아닙니다.
배터리가 대량으로 들어갈 산업이 전기차 밖에 없기 때문이죠.

그러나!
몇 년 후부터는 배터리 업계에 블루오션 영역이 되어줄 도심항공모빌리티, UAM이 시작될 것입니다.
몇 년 전부터 정부와 몇몇 업체들 간에 긴밀한 협업이 이뤄지고 있고, 여러 방면의 연구도 이뤄지고 있습니다.

이때가 되면, 과연 전통 OEM들의 눈치를 살피지 않아도 될까요?

'새로운 배터리 시장' 시리즈는 ESS를 비롯하여 UAM 등의 새로운 배터리 시장으로 기대되는 분야에 대해 말씀드리도록 하겠습니다.

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우선 한국정부은 어떠한 새로운 시장을 준비하고 있는지 볼까요?

항공·선박·기계·철도 등 이차전지 적용 시장 확대 지원

공공 및 관공선 등 시장을 활용한 이차전지 수요 확대

ESS
계통안정화, 도서 마이크로그리드, 공공기관 설치의무 등
향후 5년(‘21~’25년)간 2.2 GWh규모의 공공 ESS시장 창출
* (‘21년) 제주 및 육지지역 공공 ESS 구축구축(30.3 MWh) → (’22년) 대규모 예타 추진
재생에너지 발전량 예측제도 또는 재생에너지 입찰제도에 참여하는 재생에너지 연계형 ESS 계통안정화 편익 지원
선박
관공선(총 388척)을 '30까지 크기, 운항특성 등을 고려하여 전기, 하이브리드 등 친환경 선박으로 전환
저속운항 : 이차전지 사용 계획
고속운항 : 이차전지+발전기(LNG 또는 디젤) 사용 계획
환경친화적 선박의 기술개발 및 보급 촉진에 관한 법률(’20.01.1 시행)

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민간시장 창출 지원 : 신규 수요산업에 적합한 이차전지 개발 및 실증 확대

항공
항공용 차세대 이차전지 개발로 이차전지 시장수요 확대 예상
플라잉카(UAM·PAV) ‘25 상용화 목표
기체용 이차전지 (셀·패키징 등) 등 핵심부품 개발 지원 계획
230 Wh/kg급 배터리팩(패키징, 설계 및 시험평가 등) 개발 (’20 ~ ’23)
LG에너지솔루션, 리튬황 전지를 탑재한 무인항공기 성층권 13시간 비행 성공 (‘20.9월)

LG에너지솔루션의 리튬황배터리를 탑재한 무인항공기

선박
차도선, 고래관광선 등 연안선박용 전기추진선박 개발 및 실증사업 추진
전기추진 고래관광선 (최대 360명) 개발 및 실증 (’19 ~ ’22)
전기추진 차도선(차량 20대, 승객 100명 이상) 개발·실증 (’20 ~ ’24)
국제운항 선박용 엔진/전동기/ESS 결합 하이브리드 추진시스템
고안전성 ESS 패키징 기술 개발 목표
하이브리드 발전시스템 개발 (‘20 ~ ’22)
선박용 ESS 패키징 개발 (‘21 ~ ’23)

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UAM을 왜 이용하면 좋을까? 장점!

1. 복잡하고 시간소모가 많은 지상 운송 문제 해결 가능
2. 효율적이고 안정적인 항공 비행 시스템
3. 배터리 사용으로 탄소배출 저감 가능

이러한 점들 때문에 차세대 대도시 교통 체계 시스템으로 주목받고 있습니다.

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그중, UAM에서 필요한 배터리 기술은?

용량증대, 에너지 밀도 개선, 수명주기 연장, 충전시간 단축 기술 필요

필요한 배터리 스펙은 100km 비행을 위해서 150 kWh 용량과, 300Wh/kg 에너지 밀도를 가진 배터리가 필요하고,
사업 경제성 확보를 위해서 5분 이내 20% 이상 충전 성능도 필요합니다.
아래의 그림은 '18년 국제 배터리 세미나 & 전시회에서 우버가 공개한 PAV입니다.
(Passenger Air Vehicle; UAM이라 생각하면 됩니다.)
우버는 우버에어 서비스를 ‘23년도에 출시하기로 계획했으나, 배터리의 성능부족으로 계획이 좌초되었습니다.

우버의 PVA (UAM)

아래 사진은 다른 UAM를 준비하고 있는 회사들의 실제 기체의 특징을 비교한 표입니다. 무엇보다 가격이 비행기 치고 싸네요?!

각사별 UAM 비교

Quartz라는 곳에서 재미있는 비교도 진행했는데요,
우버가 원하는 PAV 배터리 스펙과 테슬라 모델 S의 배터리를 비교한 결과
50%정도 성능 향상이 필요하다는 결론을 지었다고 합니다.

우버의 PVA와 테슬라 모델S 배터리 사양 비교

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UAM 탑재를 위한 배터리 연구 방향은?

이에 따라 배터리 분야는 고출력 고에너지밀도 배터리 셀과 배터리 패키징 기술,
그리고 고속충전기술, 배터리관리 시스템(BMS)에 집중하고 있습니다.

UAM 기술에서 배터리의 역할

제가 계속 말했듯이 배터리는 리튬-황 배터리로 예상하고 있습니다.
LSB의 장점은 양극(황)과 리튬 음극의 밀도가 낮고 무게당 용량이 크기 때문에 에너지밀도가 LIB에 비해 두 배까지 높아질 수 있고, 즉, 가격도 낮고, 가벼우며 고용량이 가능하다는 점이죠.

다만 여러 단점이 있는데, 그중 중요한 이슈는 폴리설파이드 용출 문제를 해결해야 하죠.
그 이유는 다음과 같습니다.

1. Li2S8 및 Li2Sn의 경우 전해질의 용해성으로 인해 폴리 설파이드가 농도 그라데이션(구배)을 통해 전해질에 용해되어 음극으로 이동
2. 양극에서 환원되어야 할 Li2S8 및 Li2Sn이 음극에서 직접 반응하여 Li2S2과 Li2S를 생성할 때 문제가 발생
3. 생성된 물질은 음극 표면을 덮어버려 리튬 이온의 이동 경로를 막아 화학적 반응 방해해 배터리 내부 저항 증가하고 이온 전도도 저하되어 성능 감소

리튬설파이드 용출 문제

 

더 자세한 설명은 아래 링크를 참고해 주세요!

리튬-황 배터리(LSB) : 장단점 feat. 난 비행기(UAM)에 들어갈 수 있어

리튬-황 배터리(LSB) : 양극 이슈 feat. 난 비행기(UAM)에 들어갈 수 있어

리튬-황 배터리(LSB) : 음극 이슈 feat. 난 비행기(UAM)에 들어갈 수 있어

리튬-황 배터리(LSB) : 전해질 이슈 feat. 난 비행기(UAM)에 들어갈 수 있어

리튬-황 배터리(LSB) : 고체전해질 적용 feat. 난 비행기(UAM)에 들어갈 수 있어

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다음 시간에는..

그렇다면 이 UAM이 EV 시장보다 커질까요?
다음시간에 한번 알아보도록 하겠습니다.

새로운 배터리 시장 : UAM feat. 시장전망

 

새로운 배터리 시장 : 한국의 K-UAM feat. UAM 관련주

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