태양광으로 몇 달씩 비행…하버드대가 찾은 '배터리 해법'

하버드대학교 연구진이 태양광 무인 항공기가 성층권에서 몇 달 동안 비행하는 데 필요한 차세대 배터리 성능 목표를 제시했다.

29일(현지시간) 하버드대학교 존 A. 폴슨 공학·응용과학부(SEAS) 연구팀은 미시간대학교 및 산업계 파트너들과 공동으로 장기 태양광 비행의 가장 큰 장애물인 배터리 성능을 해결할 방안을 담은 논문을 국제학술지 'ACS 에너지 레터스'에 발표했다.

태양광 동력을 사용하는 장기 체공 고정익 항공기는 일반 상업용 제트기 운항 고도(3만 피트)의 두 배에 달하는 성층권에서 몇 주 또는 몇 달 동안 비행하도록 설계됐다. 이 항공기는 낮 동안 잉여 태양 에너지를 사용해 배터리를 지속해서 충전하고 밤에는 이 배터리에 의존해 비행해야 한다.

연구팀은 논문에서 태양광 성층권 항공기 배터리의 에너지 밀도 임계치로 킬로그램당 500와트시(Wh/kg)를 지목했다. 이 수준에 도달하면 대기 조건이 허락하는 전 세계 많은 지역에서 지속적인 비행이 가능해진다고 연구팀은 설명했다.

현재 상용 전기차 배터리의 에너지 밀도는 약 250Wh/kg 수준이며, 실험용 특수 전지는 400Wh/kg에 이르는 제품도 이미 나와 있다. 연구를 주도한 크레이그 마스카레냐스 연구원은 "거의 목표에 근접했다"며 "이러한 전지는 현재 매우 비싸지만 가격이 빠르게 하락하고 있다"고 말했다.

연구팀은 이런 유형의 항공기에서는 출력 밀도보다 에너지 밀도가 훨씬 중요하다고 강조했다. 항공기의 전력 요구량은 매우 낮지만, 비행을 유지하기 위해 에너지를 저장하는 데 필요한 양은 많기 때문이다. 따라서 배터리 개발자들은 에너지와 출력 밀도를 동등하게 최적화하기보다 에너지 밀도를 우선적으로 고려해야 한다고 주장했다.

최적화된 태양광 성층권 비행은 현재 어렵고 비용이 많이 드는 상세한 대기 및 기후 관측을 지속해서 제공할 수 있다. 허리케인 추적, 산불 감시 및 예측, 새로운 대기 화학 데이터 수집 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.