장시간 운전·비행 가능한 연료전지, 무인기는 어떻게 918km 날았나

한국재료연구원이 개발한 무인기용 연료전지 동력원이 실제 고정익 무인기 시험에서 12시간 16분 동안 918km를 비행했다. 비행을 마친 뒤에도 지상 운전을 이어가 총 17시간 6분 연속 운전에 성공했다. 장시간 떠 있어야 하는 무인기의 동력원으로 쓰이는 리튬이온전지보다 에너지밀도가 높은 연료전지를 적용한 결과다.

전동 추진 무인기는 대개 리튬이온전지를 쓰지만, 저장 가능한 에너지량이 제한적이다. 비행시간을 늘리려고 배터리 용량을 키우면 무게가 늘어 효율이 떨어진다. 양철남 항공우주재료실증센터 책임연구원 연구팀은 연료전지 스택의 핵심 부품인 금속분리판에 가볍고 강도가 높은 티타늄을 적용해 무게를 줄였다.

스택은 수소와 산소의 화학반응으로 전기를 만드는 셀을 쌓은 장치이며, 분리판은 셀 사이에 수소와 공기가 흐르는 통로를 만들고 전기를 전달한다.

개발 동력원의 에너지밀도는 801.8Wh/kg으로, 리튬이온전지의 200Wh/kg보다 약 4배 높다. 시험에서는 일몰 때문에 무인기를 착륙시킨 뒤 수소탱크 압력이 10bar 남을 때까지 지상에서 운전을 계속했다. 지난해 연구팀이 기록한 755.6km 비행과 606Wh/kg에 비해 에너지밀도는 약 32% 향상됐다.

연료전지는 소음과 진동이 적어 산악지형이나 통신 인프라가 부족한 곳의 중계, 장거리 정보·정찰·감시 임무에 활용될 가능성이 있다. 연구팀은 관련 기업과 기술이전을 협의 중이며 2027년 상반기 이전을 목표로 상용화를 추진한다고 밝혔다.

양 책임연구원은 고압 수소탱크를 액체수소 저장 방식으로 바꾸면 약 2일 연속 비행하는 무인기도 개발할 수 있을 것으로 내다봤다.