고에너지밀도 연료전지 무인기 시험, 장시간 운전 기록의 비밀은 티타늄

한국재료연구원 연구팀이 고정익 무인기에 연료전지 동력원을 탑재해 12시간 16분 동안 918km를 비행했다.

비행을 마친 뒤에도 지상에서 운전을 이어가 총 17시간 6분 연속 운전에 성공했다.

장시간 체공이 필요한 무인기의 동력원으로 연료전지가 얼마나 버틸 수 있는지 실제 기체로 확인한 시험이다.

17시간 6분이 모두 비행 시간인 것은 아니다.

일몰 때문에 무인기는 착륙했고, 연구팀은 수소탱크 압력이 10bar 남을 때까지 지상 운전을 계속했다.

따라서 비행 기록은 12시간 16분, 동력원 연속 운전 기록은 17시간 6분으로 구분된다.

성능 향상의 핵심은 연료전지 스택을 가볍게 만든 티타늄 금속분리판이다.

스택은 수소와 산소의 화학반응으로 전기를 만드는 여러 셀을 쌓은 장치이며, 분리판은 셀 사이에 수소·공기 통로를 만들고 전기를 전달한다.

연구팀은 가볍고 강도가 높은 티타늄을 분리판에 적용해 무게를 줄였다.

그 결과 동력원 에너지밀도는 801.8Wh/kg으로, 리튬이온전지의 200Wh/kg보다 약 4배 높아졌다.

무인기는 배터리 용량을 늘리면 무게가 증가해 비행 효율이 떨어지는 제약을 받는다.

이번 성능은 지난해 기록한 비행거리 755.6km, 에너지밀도 606Wh/kg과 비교해도 진전이다.

에너지밀도는 약 32% 높아졌다.

연료전지는 소음과 진동이 적어 산악지형이나 통신 인프라가 부족한 곳의 통신 중계, 장거리 정찰·감시 등에 활용될 수 있다.

연구팀은 관련 기업과 기술이전을 협의하고 있으며, 2027년 상반기 이전을 목표로 상용화를 추진할 계획이다.

양철남 책임연구원은 기존 고압 수소탱크를 액체수소 저장 방식으로 바꾸면 약 2일 연속 비행하는 무인기도 가능할 것으로 내다봤다.

이는 이번 시험에서 달성한 기록이 아니라, 저장 방식을 바꿨을 때의 연구팀 전망이다.