파라시스 에너지 연구개발 부사장 장웨이란: “eVTOL 배터리는 1만 회 이상의 실제 테스트 검증을 완료했으며 올해 대량 공급될 예정입니다.”

eVTOL을 중심으로 한 저고도 분야에서 배터리 기업들은 정책 신호보다 먼저 움직였다. 주목할 점은 저고도 항공기용 배터리는 성능에 대한 요구가 전방위적이며, 난이도가 전기차 배터리보다 몇 차원 높다는 것이다. 따라서 eVTOL 등 분야에서의 협력과 탑재는 기업의 연구·제조 역량을 보다 잘 입증할 수 있다.

"파라시스 에너지의 eVTOL 배터리는 1만 회 이상의 실제 테스트와 검증을 완료했으며, 미국 연방항공청(FAA) 항공 안전 4단계 인증을 진행 중입니다." 최근 전원전지응용분과위원회와 중국전지망이 공동 주최한 전기 항공 및 차세대 배터리 기술 심포지엄(CIBF2025 선전)에서 장웨이란 파라시스 에너지(간저우) 유한공사 R&D 부사장 겸 연구원장이 밝혔다.

13년의 준비: eVTOL 배터리 대량 공급 앞둬

글로벌 친환경 항공용 배터리 제조의 선구자 중 하나로, 파라시스 에너지는 2012년 eVTOL용 배터리 연구 개발을 시작해 2020년 샘플 공급을 완료했으며, 2022년 1세대 제품의 양산 탑재 및 2세대 제품 시스템 검증을 달성하여 고객사가 FAA 감항 인증을 최초로 획득하도록 지원했다.

"2022년 우리는 중국, 유럽, 동남아시아, 남미의 저고도 항공기 기업들과 협력하여 2세대 항공 배터리 시스템 검증을 진행했으며, 2023년에는 세계 최초로 eVTOL 제품을 최종 고객에게 인도한 배터리 기업이 되었습니다." 장웨이란 부사장은 2024년 파라시스 에너지의 eVTOL 배터리가 국내 상위 5개 완성기 고객사에 납품되었다고 말했다. 현재 이 제품은 국내 유명 연구기관, 에어로HT, 그리고 다수의 유력 국내 저고도 항공 기업들로부터 수주를 받았다.

저고도 분야, 특히 eVTOL 시장에서 두각을 나타내는 파라시스 에너지의 배터리 성능은 플라잉카 업계의 광범위한 주목을 받고 있다. 올해 3월, 파라시스 에너지는 국내 선도 플라잉카 기업으로부터 후보 개발 통보를 받았다. 정보통에 따르면, 플라잉카 연구개발 기업은 파라시스 에너지(Farasis Energy)의 품질 보증 체계, 기술 연구개발, 생산 조직 능력 등을 종합적으로 분석한 후, 차세대 원리 프로토타입의 고전압 동력 배터리, 고전압 커넥터 및 저전압 커넥터 공급사로 파라시스 에너지를 선정하기로 결정했다.

연설 중 장웨이란(Jiang Weiran)은 올해 파라시스 에너지가 글로벌 선도 eVTOL 고객사에 배터리를 대량 공급할 것이라고 밝혔다.

성능 극대화: 파라시스 에너지, ‘6H 기술’ 저고도 동력 배터리 구현

“현재 전기차 동력 배터리 분야 경쟁이 치열하고 요구 사항도 많다고 느끼지만, eVTOL 같은 분야는 요구 사항이 더 많고 한층 더 까다롭습니다. 모든 핵심 성능을 극한으로 끌어올려야 한다고 말할 수 있습니다.” 장웨이란은 저고도 배터리가 안전 성능, 에너지 밀도, 사이클 수명, 저온 성능, 충전, 고출력, 유연한 조립 측면에서 전기차 배터리보다 더 높은 요구 사항을 충족해야 한다고 설명했다. “단일 지표의 특정 기준을 맞추는 문제가 아니라, 모든 지표가 매우 높은 요구 수준에 도달해야 합니다.”

양산 에너지 밀도 350Wh/kg의 eVTOL 배터리를 예로 들면, 에너지 밀도를 높이는 동시에 eVTOL 비행 조건에서 실제 테스트 사이클 1만 회 이상을 달성했고, 저온 성능과 충방전 레이트도 우수하다. 30% SOC에서 8C 연속 롱펄스 방전 60초를 지원하며, 15분 급속 충전으로 승객 탑승 및 하차 시 신속한 에너지 보충을 가능하게 해 고강도 eVTOL 운용 조건에 대응하고 FAA 항공 안전 인증을 통과했다.

파라시스 에너지는 저고도 동력 배터리와 애플리케이션 시나리오에 대한 깊은 이해를 바탕으로 ‘고안전, 고에너지 밀도, 고충방전 레이트, 광온도역 운용, 장수명 사이클, 고품질 기준’을 특징으로 하는 6H 저고도 배터리 시스템을 제안했다.

고안전: “하늘을 날아다닐 때 배터리에 사고가 발생해서는 안 됩니다. 배터리 안전 리스크는 제로 톨러런스이므로, 본질 안전이든 조립 안전이든 배터리 안전에 대한 요구 사항이 극히 높습니다.” 장웨이란에 따르면, 파라시스 에너지는 소재 시스템 안전, 셀 본질 안전, 조립 안전, 소프트웨어 제어 안전 측면에서 매우 엄격한 제품 제조 공정을 설계했다. 현재 이 회사의 eVTOL 배터리는 중국, 미국, 유럽 등 주요 국제 시장의 안전 인증을 획득하여 국제 배터리 안전 기준에 도달했다. 못 관통 시험 후에도 셀의 전압과 온도에 큰 변화가 없고, 24시간 후에도 화염이 발생하지 않는다. 신형 상변화 소재 기술을 채택해 열폭주 셀의 표면 온도를 100°C 이하로 5분 이상 지속 억제할 수 있다. BMS 시스템은 이중 리던던시 아키텍처 설계를 적용해 단일 지점 고장 시에도 방전 회로의 무결성과 시스템 수준의 안전성 및 신뢰성을 보장한다.

고에너지 밀도: 파라시스 에너지의 2세대 eVTOL 반고체 셀은 곧 소량 생산에 돌입할 예정이며, 에너지 밀도는 320Wh/kg, 롱펄스 출력은 최대 10C까지 향상되었다. 장웨이란은 파라시스 에너지의 2세대 배터리를 탑재한 eVTOL의 최대 이륙 중량이 2.4톤을 초과하고, 유료 하중은 거의 0.5톤에 달하며, 5명의 승객을 태울 수 있다고 전했다.

또한, 2세대 플러스 버전 eVTOL 반고체 셀은 2026년 양산에 들어갈 예정이며, 에너지 밀도는 350Wh/kg를 초과할 것으로 예상된다. 파라시스 에너지는 400Wh/kg의 에너지 밀도를 목표로 3세대 반고체 및 전고체 셀의 연구개발을 체계적으로 추진 중이며, 각종 테스트 작업도 순조롭게 진행되고 있다.

고충방전 레이트: 초고성능 충방전 특성을 갖춰 eVTOL의 전 운용 조건에 완벽히 대응한다. 25°C 환경에서 8C의 고 C-레이트 연속 방전을 지원하며, 용량 유지율 >94%, 셀 온도 상승 <25°C이다. 10% SOC에서 80% SOC까지 충전 시간은 15분 미만으로 재충전 시간을 크게 단축한다. 초고출력 밀도로 비상 착륙 등 극한 조건에서의 수직 이착륙 출력 요구 사항을 충족한다.

광온도역 운용: -40°C부터 60°C까지의 온도 범위에서 안정적이고 효율적으로 작동하며, -20°C 환경에서 용량 유지율 ≥90%를 기록했다. 여러 계절, 비행 고도, 지역(시공간)에 걸친 복잡한 운용 조건과 완벽히 호환된다. 신속한 재충전 능력으로 돌발 기상 상황에도 효율적으로 대처하여 항공기의 안전한 이착륙을 보장한다.

장수명 사이클: 고안정성 전극판 구조를 구축하고, 양극과 음극의 동역학적 균형 설계를 최적화했으며, 실리콘 입자를 위한 충분한 팽창 공간을 확보하여 셀의 초장수명 사이클을 달성했다.

고품질 기준: PPM 수준의 제조 품질 관리, 전방위적인 환경 인자 제어, PPB 수준의 공정 정밀 제어를 통해 PPB 수준의 생산 체계를 구축하여 배터리 제품의 성능, 안전, 수명 지표가 업계 벤치마크 수준에 종합적으로 도달하도록 보장한다.

장웨이란은 저고도 경제용 배터리는 무결점을 달성해야 하며, 이는 PPB 수준의 생산 관리뿐만 아니라 더욱 엄격한 조치가 필요하다고 지적했다. 파라시스 에너지는 eVTOL 배터리 생산라인에 대해 매우 엄격한 업그레이드를 실시했다. 각 생산 단계는 정기 검사뿐만 아니라 CT 탐상 및 생산라인 출고 전 배터리 전수 검사를 갖추어 모든 셀이 완벽무결하도록 보장한다.

6H 개발, 설계, 제조 철학을 바탕으로 파라시스 에너지는 eVTOL 배터리 분야에서 국내외 유수 항공기 고객의 인정을 받았을 뿐만 아니라, 물류 운송, 농업용 방제, 측량 매핑, 특수 용도 등 다양한 저고도 배터리 애플리케이션 시나리오에서도 선도적 우위를 점하고 있다. 장웨이란에 따르면, 물류 운송 및 농업 방제 등의 분야에 사용되는 드론용 전용 반고체 셀도 양산 단계에 접어들어, 업계 내에서 여러 분야를 아우르는 저고도 동력 솔루션 매트릭스를 선제적으로 형성하게 된다.

파우치 배터리: 저고도 동력 애플리케이션의 핵심 선택

저고도 비행은 중량 요구 사항이 높다. 배터리로 말하면, 고에너지를 공급하면서 자체 무게를 줄이는 것이 현재의 연구개발 방향이다.

장웨이란은 파우치 배터리의 경량화 이점이 저고도 경제에 매우 중요하다고 지적했다. “동일한 에너지를 제공할 때, 파우치 배터리의 더 가벼운 설계는 전체 에너지 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다. 우리는 저고도 산업의 제1원리에 근거하여, 파우치 배터리가 저고도 동력 배터리 애플리케이션의 핵심 선택이라고 믿습니다.”

또한, 국내외 저고도 비행체 설계 추세를 보면 기종, 크기, 사양 측면에서 상당한 차이가 있다. 파우치 배터리는 유연성이 뛰어나 다양한 항공기 모델에 맞추고, 고객의 상이한 출력 및 전압 플랫폼 요구에 대응할 수 있다.

eVTOL의 내부 설계를 고려하여, 적응성을 더욱 향상시키기 위해 파라시스 에너지는 항공기에 적합한 모듈을 기획 및 설계했으며, 다양한 항공기의 메인 캐빈 요건과 호환되고, 고성능·고안전성 항공 배터리에 대한 여러 고객의 요구를 신속히 충족할 수 있다.

배터리 기술 세대 교체의 관점에서 볼 때, 반고체 배터리와 전고체 배터리는 미래의 방향이자 eVTOL 같은 항공기용 핵심 배터리다. 현재 각 기업의 기술 접근 방식으로 판단할 때, 반고체 및 전고체 배터리는 대부분 파우치 형태를 채택한다.

“반고체, 전고체 배터리, 또는 항공 배터리 모두 파우치 배터리가 최적의 선택”이라고 장웨이란은 덧붙였다. “우리의 해외 eVTOL 고객들은 배터리 선정 과정에서 수많은 테스트를 실시한 끝에 파라시스 에너지의 파우치 배터리를 선택했습니다. 이는 회사가 제1원리와 eVTOL에 요구되는 각종 성능 지표를 종합 고려하여 내린 결정입니다.”