재료연, 경량 수소연료전지 개발…무인기 12시간 비행 성공

918㎞ 비행…총 17시간 연속 운전

에너지밀도 리튬이온전지의 약 4배

한국재료연구원은 항공우주재료실증센터 양철남 박사 연구팀이 개발한 연료전지 동력원을 실제 무인기에 탑재해 12시간 이상 연속 비행에 성공했다고 21일 밝혔다. ⓒ한국재료연구원

한국재료연구원(KIMS)이 12시간 넘게 비행할 수 있는 무인기용 고성능 연료전지 동력원을 개발했다.

재료연은 항공우주재료실증센터 양철남 박사 연구팀이 개발한 연료전지 동력원을 실제 무인기에 탑재해 12시간 이상 연속 비행에 성공했다고 21일 밝혔다.

기존 전동 무인기는 주로 리튬이온전지를 사용하지만 저장할 수 있는 에너지량이 제한적이다. 비행시간을 늘리려고 배터리 용량을 키우면 무게도 증가해 비행 효율이 떨어지는 문제가 있다.

연구팀은 가볍고 강도가 높은 티타늄 금속분리판을 적용해 연료전지 스택의 무게를 줄였다. 금속분리판은 연료전지 내부에서 수소와 공기의 이동 통로를 만들고 전기를 전달하는 핵심 부품이다.

이 동력원의 에너지밀도는 801.8Wh/kg으로 일반적인 리튬이온전지의 약 200Wh/kg보다 4배 높다.

연구팀이 이를 고정익 무인기에 탑재한 결과 비행시간은 12시간 16분, 비행거리는 918㎞에 달했다. 일몰로 착륙한 뒤에도 지상 운전을 이어가 총 17시간 6분의 연속 운전 성능을 확인했다.

지난해 기록한 비행거리 755.6㎞보다 약 162㎞ 늘어난 수치다. 에너지밀도도 606Wh/kg에서 801.8Wh/kg으로 약 32% 높아졌다.

개발된 연료전지 동력원은 통신 인프라가 부족한 지역의 통신 중계나 장거리 정찰·감시 등에 활용될 것으로 기대된다. 연구팀은 관련 기업과 협의해 내년 상반기 기술이전을 추진할 계획이다.

연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 진행됐다. 라이트모형이 무인기 제작을, 미르항공기술이 비행 조종을 맡았다. 실증 비행은 밀양 드론시험비행연습장에서 이뤄졌다.

양철남 재료연 책임연구원은 "향후 기존 고압 수소탱크를 액체수소 저장 방식으로 대체하면 약 2일 동안 연속 비행할 수 있는 무인기 개발도 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.