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▲ KIMS이 개발한 고에너지밀도 연료전지 동력원을 탑재한 고정익 무인기가 실증 비행을 하고 있다.

한국재료연구원(KIMS)이 경량 티타늄 금속분리판을 적용해 리튬이온전지보다 약 4배 높은 에너지밀도를 구현한 무인기용 연료전지 동력원을 개발하고, 실제 무인기 장시간 비행 실증에 성공해 친환경·고효율 무인기 동력원 기술의 상용화 가능성을 높였다.

한국재료연구원(원장 최철진)은 항공우주재료실증센터 양철남 박사 연구팀이 개발한 연료전지 동력원을 실제 고정익 무인기에 탑재해 12시간 16분 동안 918km를 비행하고, 지상 운전을 포함해 총 17시간 6분 연속 운전에 성공했다고 밝혔다.

기존 전동 추진 무인기는 주로 리튬이온전지를 동력원으로 사용하지만, 저장 가능한 에너지량이 제한적이어서 장시간 비행에 한계가 있었다. 배터리 용량을 늘리면 무게가 증가해 비행 효율이 떨어질 수 있어, 동력원의 경량화와 에너지밀도 향상이 핵심 과제로 꼽혀 왔다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 가볍고 강도가 높은 티타늄 금속분리판을 연료전지 스택에 적용했다. 분리판은 연료전지 셀 사이에서 수소와 공기의 이동 통로를 형성하고 전기를 전달하는 핵심 부품으로, 연구팀은 분리판의 경량화를 통해 동력원의 무게 대비 에너지량을 높였다.

그 결과 개발된 연료전지 동력원은 801.8Wh/kg의 에너지밀도를 달성했다. 이는 약 200Wh/kg 수준인 기존 리튬이온전지보다 약 4배 높은 수치다.

실증 비행에서는 개발한 동력원을 탑재한 무인기가 12시간 16분 동안 총 918km를 비행했다. 일몰로 착륙한 뒤에도 수소탱크 압력이 10bar에 도달할 때까지 지상 운전을 이어가며 총 17시간 6분의 연속 운전을 입증했다.

이번 성과는 연구팀이 2025년 달성한 비행거리 755.6km와 에너지밀도 606Wh/kg을 각각 918km와 801.8Wh/kg으로 높였다는 점에서도 의미가 있다. 에너지밀도는 이전 성과보다 약 32% 향상됐으며, 실제 비행 실증을 통해 무인기용 연료전지 동력원의 장시간 운전 성능을 확인했다.

개발 기술은 통신 인프라가 부족한 지역의 통신 중계와 장거리 정보·정찰·감시 등 장시간 체공이 필요한 분야에 활용될 것으로 기대된다. 연료전지는 소음과 진동이 적어 저소음 운용이 필요한 무인기에도 적용할 수 있다.

연구팀은 현재 관련 기업과 기술이전을 협의하고 있으며, 2027년 상반기 기술이전을 목표로 상용화를 추진할 계획이다. 또한 기존 고압 수소탱크를 액체수소 저장 방식으로 대체하면 약 2일 동안 연속 비행할 수 있는 무인기 개발도 가능할 것으로 전망하고 있다.

양철남 KIMS 책임연구원은 “이번 연구는 고에너지밀도 연료전지 동력원을 실제 무인기에 적용해 장시간 비행 성능을 입증했다는 데 의미가 있다”며 “향후 기존 고압 수소탱크를 액체수소 저장 방식으로 대체하면 약 2일 동안 연속 비행할 수 있는 무인기 개발도 가능할 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIMS 기본사업으로 수행됐다. 무인기 기체 제작에는 라이트모형, 비행 조종에는 미르항공기술이 참여했으며, 실증 비행은 밀양시의 협조를 받아 밀양 드론시험비행연습장에서 진행됐다.

출처 : 신소재경제(https://www.amenews.kr/)