국내 리튬 배터리 제조업체들이 저고도 경제 eVTOL(전기 수직 이착륙 항공기) 경쟁에 뛰어들고 있습니다.
최근 배터리 제조업체 신왕다는 최신 항공 전력 배터리 '신운소 2.0'을 출시하고 1세대 제품의 양산을 발표했습니다. 한편, 배터리 대기업 CATL도 국제 항공우주 품질 관리 시스템 인증을 획득하고 공식적으로 항공 산업 표준을 충족했다고 발표했습니다. 앞서 3월에는 이웨이 리튬 에너지가 비행 자동차 회사 샤오펑 후이톈의 차세대 항공기 프로토타입용 저전압 리튬 배터리 공급업체가 될 것이라고 발표했습니다. 차이나 타임즈 기자는 CATL(300750.SZ), 신왕다(300207.SZ), 파라시스 에너지(688567.SH), 이웨이 리튬 에너지(300014.SZ), 중신 항공(HK3931), 궈쉬안 하이테크(002074.SZ)를 포함한 많은 배터리 제조업체들이 항공 전력 배터리 분야에 잇따라 진출했음을 확인했습니다.
항공 전력 배터리가 리튬 배터리 제조업체들의 격전지가 된 이유는 무엇일까요?
많은 업계 관계자들은 차이나 타임즈 기자에게 두 가지 주요 요인이 있다고 말했습니다. 첫째, 리튬 배터리 산업은 최근 몇 년 동안 심각한 내부 경쟁에 빠졌고, 기업들은 딜레마를 타개하기 위해 새로운 시장 공간을 시급히 찾아야 합니다. 둘째, 저고도 경제는 새로운 트랙이며, 여기서 파생된 항공 전력 배터리 시장은 아직 연구 개발 단계에 있으며, 시장 경쟁 구도가 아직 확립되지 않아 개발 전망이 밝습니다. 궈진 증권은 올해 4월 연구 보고서를 발표하고 2030년까지 국내 eVTOL 배터리 시장이 1,126억 위안에 달할 것으로 예측했습니다.
'현재 많은 국내 선도 배터리 제조업체들이 저고도 산업 분야에 적극적으로 배치하고 있으며, 항공 전력 배터리를 전략적 트랙으로 간주하고 있으며, 투자 강도가 크게 증가했습니다.' 중국 화학 및 물리 전력 산업 협회 사무총장 왕저선은 차이나 타임즈 기자와의 인터뷰에서 말했습니다.
'현재 리튬 배터리 산업은 심각하게 내포되어 있으며, 대부분의 제조업체는 단순히 시도하는 것이 아니라, 이 산업의 현재 내부 상황을 타개하기 위한 좋은 진입점이기 때문에 큰 노력을 기울이고 싶어합니다.' 젠리 연구소의 편집장 모커는 이 기자에게 말했습니다.
그러나 현재 '이상'과 '현실' 사이에는 여전히 큰 격차가 있습니다. 새로운 유형의 항공기인 eVTOL의 수직 이륙에 필요한 전력은 지상 이동의 10~15배이며, 배터리 에너지 밀도 요구 사항은 자동차 전력 배터리보다 훨씬 높습니다. 현재 주류 리튬 배터리의 에너지 밀도는 일반적으로 150Wh-250Wh/kg 정도입니다. eVTOL의 경우, 대규모 상업적 적용을 위해서는 400wh/kg 이상의 에너지 밀도를 가진 배터리가 필요합니다.
이는 대부분의 리튬 배터리 제조업체들이 항공 전력 배터리의 '케이크'를 얻기까지 갈 길이 멀다는 것을 의미합니다.
진입: 에너지 밀도 스프린트
배터리 에너지 밀도 400wh/kg 이상은 eVTOL이 실제로 대규모로 비행하기 위한 전제 조건이며, 리튬 배터리 제조업체가 저고도 경제에 진입하기 위해 넘어야 할 첫 번째 관문이기도 합니다.
최근 열린 제17회 선전 국제 배터리 기술 전시회에서 신왕다는 에너지 밀도 360Wh/kg의 항공 전력 배터리 제품 '신운소 2.0'을 공식 출시했습니다. 이는 2023년 저고도 경제를 구축한 이후 신왕다가 출시한 두 번째 제품입니다. 1세대 제품은 양산되어 100kg 항공기의 100km 비행 검증을 완료했다고 합니다.
신왕다 연구소의 쉬중링 이사는 회사가 400Wh/kg 항공 전력 배터리도 사전 연구하고 있다고 밝혔습니다. 동시에 5세대 기술 업그레이드 경로가 수립되었으며, 2027년까지 전고체 배터리의 에너지 밀도를 500Wh/kg 이상으로 돌파하는 것을 목표로 하고 있습니다.
반면, 업계 선두주자인 CATL은 더 일찍 게임에 참여하여 연구 개발 과정에서 한 발 앞서 있습니다. 2023년 7월, CATL은 COMAC 및 기타 법인과 함께 COMAC Times(상하이) 항공 유한 회사를 공동 설립했습니다. 2024년 8월, CATL은 국내 eVTOL 선두업체인 펑페이 항공에 수억 달러를 투자하여 항공 전력 배터리 적용 배치를 공식적으로 시작했습니다. 그해 6월, CATL의 쩡위췬 회장은 공개 행사에서 회사가 4톤급 민간 전기 항공기를 성공적으로 테스트했으며 8톤급 전기 항공기 연구 개발을 가속화하고 있다고 밝혔습니다. 이 프로젝트에 사용된 배터리는 응축 상태 배터리로, 단일 셀 에너지 밀도가 최대 500Wh/kg입니다.
올해 1월, CATL 배터리가 장착된 펑페이 항공의 2톤급 eVTOL이 춘절 갈라에서 공식 데뷔했습니다. 최근 CATL은 또한 글로벌 항공우주 분야 최고 품질 표준인 AS9100 시스템 인증을 통과하여 회사의 제품이 드론 및 eVTOL 분야에서 국제 자격을 갖추고 있음을 나타냈습니다.
업계 선두주자 외에도 여러 리튬 배터리 제조업체들이 항공 전력 배터리 개발을 위해 스프린트하고 있습니다. 파라시스 에너지는 회사가 eVTOL 배터리를 양산 및 설치하고 수만 건의 실제 테스트를 완료한 세계 유일의 회사 중 하나가 되었으며, 회사의 eVTOL 반고체 배터리가 산업화 단계에 진입했다고 주장합니다. 작년 12월 인터뷰에서 파라시스 에너지 연구소의 장웨이란 이사는 회사의 3세대 반고체 배터리가 제품 검증 단계에 있으며 에너지 밀도가 400Wh/kg이라고 밝혔습니다.
또한, EVE Energy의 프론티어 머티리얼 연구소의 지야좐 이사는 올해 4월 행사에서 회사의 실리콘 기반 소프트 팩 배터리 기술이 상당한 진전을 이루어 제품 에너지 밀도가 최대 380Wh/kg에 달하여 저고도 항공기에 전력 지원을 제공할 수 있다고 밝혔습니다. 올해 3월, 이웨이 리튬 에너지는 회사가 비행 자동차 회사 샤오펑 후이톈으로부터 공급업체 지정 개발 통지를 받았으며, 후자에게 차세대 프로토타입 저전압 리튬 배터리를 제공할 것이라고 발표했습니다.
'현재 선도적인 배터리 제조업체들은 항공 전력 배터리를 '두 번째 성장 곡선'으로 간주하고 있으며, R&D 투자가 지속적으로 증가하고 있습니다. 업계 전체는 '기술 검증-소량 시험 생산' 단계에 있습니다.' 선전 자동차 및 항공 연구소의 장루이펑 사장은 차이나 타임즈 기자와의 인터뷰에서 저고도 경제가 배터리 제조업체의 전략적 거점이 되었다고 말했습니다. 핵심은 정책 배당, 기술 업그레이드 및 시장 블루 오션의 삼중 동력에 있습니다. 기술 반복 요구 사항의 관점에서 볼 때, 기존 자동차 전력 배터리 기술은 포화 상태에 접근하고 있으며, 새로운 트랙인 항공 전력 배터리는 더 높은 에너지 밀도, 더 높은 전력 밀도 및 극한 환경 신뢰성을 요구합니다. 이는 배터리 제조업체에게 기술적 돌파구를 위한 '새로운 전장'을 제공합니다. 리튬 금속 배터리 및 전고체 배터리와 같은 최첨단 기술은 기존 리튬 배터리 특허 장벽을 우회하고 차선에서 추월을 달성할 수 있습니다.
'현재 항공 전력 배터리 분야의 국제 경쟁은 '삼국' 상황을 보이고 있습니다. 첫째, 미국 SES 및 독일 보쉬와 같은 국제 거대 기업들은 선도적인 리튬 금속 배터리 기술을 바탕으로 Joby와 같은 eVTOL 선도 제조업체의 공급망에 진입했지만, 비용 관리 능력이 약하고 Ah당 비용이 국내 기업의 2~3배입니다. 둘째, 국내 선도 기업들은 공급망 비용 이점과 정책 지원에 힘입어 중저전력 분야(100kW 미만 드론 등)를 장악하고 있지만, 고급 시장(유인 eVTOL 등)은 여전히 감항 인증 장벽을 돌파해야 합니다. 셋째, GAC Aion, Geely 및 기타 자동차 회사와 같은 크로스보더 플레이어들은 자체 배터리를 개발하여 '차량-배터리' 폐쇄 루프를 열려고 시도했지만, 항공 기술 축적이 부족하여 전문 배터리 제조업체의 위치를 단기간에 흔들기 어렵습니다.' 장루이펑은 말했습니다.
딜레마: 도달할 수 없는 삼각형 해결
소위 항공 전력 배터리는 저고도 항공기 eVTOL에 사용되는 전력 배터리를 의미합니다. eVTOL은 유인 및 화물 운송 eVTOL로 나눌 수 있습니다. 화물 운송 eVTOL은 대형 드론과 같고, 유인 eVTOL은 소형 항공기와 같습니다. 후자는 저고도 경제 개발의 주요 방향이자 주요 리튬 배터리 제조업체의 주요 목표입니다.
신에너지 자동차 배터리와 비교하여 항공 전력 배터리는 성능 지표에 대해 더 엄격한 요구 사항을 가지고 있습니다. 왕저선은 이것이 주로 세 가지 측면에서 반영된다고 소개했습니다. 첫째, 에너지 밀도는 항공기의 내구성과 하중 요구 사항을 충족하기 위해 자동차 배터리의 200-300Wh/kg보다 훨씬 높은 400-500Wh/kg을 초과해야 합니다. 둘째, 전력 출력은 8-10C 속도 이착륙 및 3-5C 순항을 고려해야 하며, 배터리는 고속 방전 능력을 가져야 합니다. 마지막으로, 안전은 극한 조건(15미터 낙하, 20℃ 저온 등)에서 제로 고장 위험을 충족해야 하며, 고장 시 중복 전원 공급을 보장해야 합니다.
이 때문에 고에너지 밀도, 고충전 및 방전 속도, 고안전성은 항공 전력 배터리의 '도달할 수 없는 삼각형'이라고도 불립니다. 주요 리튬 배터리 제조업체의 해결책은 전고체 배터리 및 금속 리튬 배터리를 포함한 새로운 기술로 세 가지 균형을 이루는 것입니다. 예를 들어, CATL은 응축 배터리를 통해 에너지 밀도를 500wh/kg까지 높였습니다. 신왕다는 먼저 반고체 배터리 경로를 택하고 에너지 밀도와 안전성을 향상시키기 위해 전고체 배터리를 개발하고 있습니다.
그러나 현재 전고체 배터리 기술은 아직 성숙하지 않아 배터리 제조업체는 여전히 세 가지 중에서 선택해야 합니다. 쉬중링은 한 인터뷰에서 다음과 같이 밝혔습니다. '예를 들어, 일부 고주파 이착륙 단거리 시나리오에서는 배터리 충전 속도를 희생하고 배터리 교체를 사용하여 다른 성능의 신뢰성 문제를 해결할 것입니다.'
왕저선은 현재 항공 전력 배터리가 여전히 세 가지 주요 기술적 병목 현상에 직면해 있다고 기자들에게 말했습니다. 한편으로는 에너지 밀도가 제한되어 있습니다. 전고체 배터리가 400-500Wh/kg까지 돌파할 것으로 예상되지만, 인터페이스 접촉, 열 안정성 및 높은 비용으로 인해 단기간 내에 상용화하기 어렵습니다. 다른 한편으로는 전력과 에너지 밀도의 균형을 맞추는 것이 어렵습니다. 비행의 모든 단계를 충족하기 위해 재료 혁신과 구조 설계를 통해 '시소 효과'를 돌파해야 합니다. 또한, 배터리는 극한 환경에 적응하지 못하고 항공 전용 인증 시스템이 부족하여 비용이 여전히 높습니다. 이러한 과제는 재료, 시스템 설계 및 감항 표준의 조율된 돌파구를 시급히 요구합니다.
한 eVTOL 회사 임원은 우리 기자에게 국내 배터리 제조업체의 항공 전력 배터리는 이제 막 시작되었으며 eVTOL의 대규모 상업적 사용에 대한 성능 요구 사항을 완전히 충족할 수 없으며 '항속 거리 불안'이 객관적으로 존재한다고 말했습니다.
'제가 알기로, 현재 국내 eVTOL 제품은 일반적으로 국내 배터리를 사용합니다. 그러나 국내 배터리 제조업체의 항공 전력 배터리는 이제 막 시작되었으며 eVTOL의 대규모 상업적 사용에 대한 성능 요구 사항을 완전히 충족할 수 없으며 항속 거리 불안이 객관적으로 존재합니다.' 국내 eVTOL 호스트 제조업체인 Zero Gravity Aircraft Industry(Hefei) Co., Ltd.의 최고 전략 책임자인 첸얀은 우리 기자와의 인터뷰에서 항속 거리 불안 문제를 효과적으로 해결하기 위해 회사의 고정익 항공기 및 멀티 로터 eVTOL 제품이 배터리 교체 설계를 채택했다고 말했습니다. 항공 전력 배터리가 향후 5년 안에 신에너지 자동차와 같은 대규모 시장이 될 것으로 낙관적으로 추정되며, OEM 및 배터리 공장과 같은 산업 체인의 상류 및 하류가 비교적 호환 가능한 개발 상황을 형성할 것입니다.
첸얀은 미래에 항공 전력 배터리가 두 가지 주요 측면에서 성능을 향상시켜야 한다고 믿습니다. 하나는 배터리 에너지 밀도에서 더 많은 돌파구를 마련하는 것이고, 다른 하나는 안전성, 특히 열 폭주를 더욱 개선하는 것입니다. 구체적으로, 그는 eVTOL의 대규모 상업적 적용을 위한 배터리 요구 사항에는 에너지 밀도 400wh/kg 이상 및 사이클 수명 2000 사이클 이상이 포함된다고 믿습니다.
'삼원계 리튬 배터리의 경우, 개발 방향은 46 시리즈 배터리 셀이 eVTOL의 첫 번째 선택이 될 가능성이 높습니다. 전고체 배터리가 이 요구 사항을 충족할 수 있는 시기는 아직 지켜봐야 합니다. 현재, 우리는 에너지 밀도가 가장 높은 국내산 삼원계 리튬 배터리를 사용하고 있으며, 배터리 셀 에너지 밀도는 320wh/kg입니다. 그러나 삼원계 리튬 배터리 제조업체 외에도 금속 리튬 배터리 및 수소 연료 전지 회사와 협력 관계를 구축했습니다.' 첸얀은 말했습니다.
미래: 언제 수익을 낼 수 있을까요?
기술 연구 개발이 아직 시장 수요를 따라가지 못했지만, 항공 전력 배터리는 비교적 큰 시장 전망을 보여주었습니다.
장루이펑은 단기적으로(2025-2027년) 항공 전력 배터리의 적용 시나리오는 주로 드론 물류, 관광 등이 될 것이며, 수요 규모는 약 50억에서 80억 위안으로, 주로 300Wh/kg 인산철 리튬 및 400Wh/kg 삼원계 배터리에 집중될 것이라고 소개했습니다. 중기적으로(2028-2030년), 유인 eVTOL의 점진적인 상용화와 함께 500Wh/kg 리튬 금속 배터리가 주류가 될 것이며, 시장 규모는 300억 위안을 초과하고 연평균 성장률은 50% 이상이 될 것입니다. 장기적으로(2030년 이후), '수소-리튬 배터리' 하이브리드 기술의 성숙과 함께 항공 전력 배터리 시장은 더욱 확대될 수 있으며, 에너지 저장 및 항공 비상 전원 공급과 같은 파생 수요와 중첩되어 전체 규모는 1,000억 위안을 초과할 것으로 예상됩니다.
항공 전력 배터리 시장 1,000억 위안은 어디에서 오는가? 이 뒤에는 두 가지 주요 이유가 있습니다. 한편, 배터리는 eVTOL의 핵심 부품으로서 비싸고 전체 기계 비용에서 높은 비중을 차지합니다. 'eVTOL 배터리 비용은 공급망 통합 능력과 직접적으로 관련되어 있으며, 공급량과도 직접적으로 관련되어 있습니다. 현재 eVTOL 배터리는 표준화된 선반 제품이 아니며, 모두 맞춤형으로 제작해야 합니다. 따라서 배터리 가격은 저렴할 수 없으며, 특히 자동차 배터리와 비교하면 매우 비싸다고 할 수 있습니다. BOM 비용에서 모터 및 전자 제어 장치와 함께 eVTOL 총 비용의 4분의 1 또는 3분의 1을 차지할 것입니다.' 첸얀은 기자들에게 소개했습니다.
다른 한편으로는 eVTOL 배터리의 교체 빈도에 영향을 받습니다. 첸얀은 다음과 같이 말했습니다. '현재 배터리 산업의 기술 수준에 따르면, eVTOL 배터리는 배터리 자체의 사이클 수 및 특정 적용 시나리오에 따라 5-10년 동안 사용할 수 있습니다. 일반적인 평가에 따르면, eVTOL 배터리 시장은 3년 안에 규모가 성장하기 시작할 것이며, 출하량은 현재보다 한 자릿수 더 높고, 5년 안에 다른 자릿수가 될 수 있습니다.'
올해 4월 궈진 증권이 발표한 연구 보고서에 따르면, 국내 eVTOL 배터리 시장은 2030년까지 1,126억 위안에 달할 것이며, 여기에는 98억 위안의 OEM 시장과 1,028억 위안의 애프터마켓 시장이 포함됩니다.
사전 설치 시장에서 '승객 eVTOL 적용 및 시장 백서'에 따르면, 2030년 국내 eVTOL 누적 수요는 16,316대에 이를 것으로 예상됩니다. 단일 eVTOL이 200kWh의 충전을 하고 가격이 Wh당 3위안이라고 가정하면(항공 등급 배터리 가격은 자동차 배터리보다 한 자릿수 더 높음), 해당 단일 기계 배터리 가치는 60만 위안이며, 해당 사전 설치 시장은 약 98억 위안입니다.
애프터마켓은 교체 빈도로 인해 더 탄력적입니다. 하루 8회 비행 및 배터리 사이클 수명 1,000 사이클을 가정하면 eVTOL 배터리 교체 횟수는 14회에 이릅니다. eVTOL의 20년 수명 주기에서 2030년 국내 eVTOL 누적 수요는 16,316대에 이를 것으로 예상됩니다. 평균 교체 가격이 대당 45만 위안이라고 가정하면, 배터리 애프터마켓은 약 1,028억 위안의 누적 배터리를 제공할 것입니다.
항공 전력 배터리 시장은 유망한 전망을 가지고 있지만, 상용화 일정은 아직 불분명합니다. 왕저선은 항공 전력 배터리의 상용화 과정은 기술적 돌파구, 감항 인증 및 시장 수요의 조율된 촉진에 달려 있다고 믿습니다. 현재 고에너지 밀도, 고안전성 전고체 배터리 및 리튬-황 배터리와 같은 기술은 여전히 R&D 검증 단계에 있으며, 대규모 생산 및 비용 관리는 아직 성숙하지 않았습니다. 동시에, 감항 표준은 엄격하고 인증 주기는 길며, 산업 체인의 상류 및 하류가 함께 문제를 해결해야 합니다. eVTOL과 같은 새로운 시나리오는 잠재적 수요를 가져오지만, 시연 운영은 단기적으로 여전히 주요 초점이며, 대규모 상업적 사용은 5-10년이 걸릴 것으로 예상됩니다.
따라서 현재 항공 전력 배터리가 리튬 배터리 제조업체에 수익을 가져다줄 수 있는 시기는 알 수 없습니다. 그러나 모커의 관점에서 볼 때, 항공 전력 배터리 기술 요구 사항은 더 엄격하고 총 이익 마진이 더 높을 것이며, 이는 기업 수익성을 위한 생산 임계값이 신에너지 자동차 배터리보다 낮을 것임을 의미합니다.
장루이펑은 항공 전력 배터리가 '개념 기간'에서 '기술적 돌파구와 시나리오 구현이 병행되는' 단계에 진입했다고 믿습니다. 향후 3-5년은 업계 차별화의 중요한 기간이 될 것입니다. 기술적 준비(리튬 금속/전고체 배터리 등), 공급망 통합 능력(재료 제조업체와의 합작 투자 등) 및 정책 자원을 갖춘 기업이 먼저 수익을 낼 것으로 예상됩니다.
“유인 eVTOL 배터리의 경우, 리튬 금속 배터리가 2026년에서 2028년 사이에 감항 인증을 완료하고 소량으로 설치될 것으로 예상되지만, 초기 비용이 높고 단일 배터리 비용이 100만 위안 이상이며, 회사는 정부 보조금을 통해 손익분기를 달성할 수 있으며, 장기적으로는 규모의 경제를 통해 비용을 절감해야 하며, 즉 목표 비용은 kWh당 5,000위안 미만입니다.” 장루이펑은 말했습니다.
국내 리튬 배터리 제조업체들이 저고도 경제 eVTOL(전기 수직 이착륙 항공기) 경쟁에 뛰어들고 있습니다.
최근 배터리 제조업체 신왕다는 최신 항공 전력 배터리 '신운소 2.0'을 출시하고 1세대 제품의 양산을 발표했습니다. 한편, 배터리 대기업 CATL도 국제 항공우주 품질 관리 시스템 인증을 획득하고 공식적으로 항공 산업 표준을 충족했다고 발표했습니다. 앞서 3월에는 이웨이 리튬 에너지가 비행 자동차 회사 샤오펑 후이톈의 차세대 항공기 프로토타입용 저전압 리튬 배터리 공급업체가 될 것이라고 발표했습니다. 차이나 타임즈 기자는 CATL(300750.SZ), 신왕다(300207.SZ), 파라시스 에너지(688567.SH), 이웨이 리튬 에너지(300014.SZ), 중신 항공(HK3931), 궈쉬안 하이테크(002074.SZ)를 포함한 많은 배터리 제조업체들이 항공 전력 배터리 분야에 잇따라 진출했음을 확인했습니다.
항공 전력 배터리가 리튬 배터리 제조업체들의 격전지가 된 이유는 무엇일까요?
많은 업계 관계자들은 차이나 타임즈 기자에게 두 가지 주요 요인이 있다고 말했습니다. 첫째, 리튬 배터리 산업은 최근 몇 년 동안 심각한 내부 경쟁에 빠졌고, 기업들은 딜레마를 타개하기 위해 새로운 시장 공간을 시급히 찾아야 합니다. 둘째, 저고도 경제는 새로운 트랙이며, 여기서 파생된 항공 전력 배터리 시장은 아직 연구 개발 단계에 있으며, 시장 경쟁 구도가 아직 확립되지 않아 개발 전망이 밝습니다. 궈진 증권은 올해 4월 연구 보고서를 발표하고 2030년까지 국내 eVTOL 배터리 시장이 1,126억 위안에 달할 것으로 예측했습니다.
'현재 많은 국내 선도 배터리 제조업체들이 저고도 산업 분야에 적극적으로 배치하고 있으며, 항공 전력 배터리를 전략적 트랙으로 간주하고 있으며, 투자 강도가 크게 증가했습니다.' 중국 화학 및 물리 전력 산업 협회 사무총장 왕저선은 차이나 타임즈 기자와의 인터뷰에서 말했습니다.
'현재 리튬 배터리 산업은 심각하게 내포되어 있으며, 대부분의 제조업체는 단순히 시도하는 것이 아니라, 이 산업의 현재 내부 상황을 타개하기 위한 좋은 진입점이기 때문에 큰 노력을 기울이고 싶어합니다.' 젠리 연구소의 편집장 모커는 이 기자에게 말했습니다.
그러나 현재 '이상'과 '현실' 사이에는 여전히 큰 격차가 있습니다. 새로운 유형의 항공기인 eVTOL의 수직 이륙에 필요한 전력은 지상 이동의 10~15배이며, 배터리 에너지 밀도 요구 사항은 자동차 전력 배터리보다 훨씬 높습니다. 현재 주류 리튬 배터리의 에너지 밀도는 일반적으로 150Wh-250Wh/kg 정도입니다. eVTOL의 경우, 대규모 상업적 적용을 위해서는 400wh/kg 이상의 에너지 밀도를 가진 배터리가 필요합니다.
이는 대부분의 리튬 배터리 제조업체들이 항공 전력 배터리의 '케이크'를 얻기까지 갈 길이 멀다는 것을 의미합니다.
진입: 에너지 밀도 스프린트
배터리 에너지 밀도 400wh/kg 이상은 eVTOL이 실제로 대규모로 비행하기 위한 전제 조건이며, 리튬 배터리 제조업체가 저고도 경제에 진입하기 위해 넘어야 할 첫 번째 관문이기도 합니다.
최근 열린 제17회 선전 국제 배터리 기술 전시회에서 신왕다는 에너지 밀도 360Wh/kg의 항공 전력 배터리 제품 '신운소 2.0'을 공식 출시했습니다. 이는 2023년 저고도 경제를 구축한 이후 신왕다가 출시한 두 번째 제품입니다. 1세대 제품은 양산되어 100kg 항공기의 100km 비행 검증을 완료했다고 합니다.
신왕다 연구소의 쉬중링 이사는 회사가 400Wh/kg 항공 전력 배터리도 사전 연구하고 있다고 밝혔습니다. 동시에 5세대 기술 업그레이드 경로가 수립되었으며, 2027년까지 전고체 배터리의 에너지 밀도를 500Wh/kg 이상으로 돌파하는 것을 목표로 하고 있습니다.
반면, 업계 선두주자인 CATL은 더 일찍 게임에 참여하여 연구 개발 과정에서 한 발 앞서 있습니다. 2023년 7월, CATL은 COMAC 및 기타 법인과 함께 COMAC Times(상하이) 항공 유한 회사를 공동 설립했습니다. 2024년 8월, CATL은 국내 eVTOL 선두업체인 펑페이 항공에 수억 달러를 투자하여 항공 전력 배터리 적용 배치를 공식적으로 시작했습니다. 그해 6월, CATL의 쩡위췬 회장은 공개 행사에서 회사가 4톤급 민간 전기 항공기를 성공적으로 테스트했으며 8톤급 전기 항공기 연구 개발을 가속화하고 있다고 밝혔습니다. 이 프로젝트에 사용된 배터리는 응축 상태 배터리로, 단일 셀 에너지 밀도가 최대 500Wh/kg입니다.
올해 1월, CATL 배터리가 장착된 펑페이 항공의 2톤급 eVTOL이 춘절 갈라에서 공식 데뷔했습니다. 최근 CATL은 또한 글로벌 항공우주 분야 최고 품질 표준인 AS9100 시스템 인증을 통과하여 회사의 제품이 드론 및 eVTOL 분야에서 국제 자격을 갖추고 있음을 나타냈습니다.
업계 선두주자 외에도 여러 리튬 배터리 제조업체들이 항공 전력 배터리 개발을 위해 스프린트하고 있습니다. 파라시스 에너지는 회사가 eVTOL 배터리를 양산 및 설치하고 수만 건의 실제 테스트를 완료한 세계 유일의 회사 중 하나가 되었으며, 회사의 eVTOL 반고체 배터리가 산업화 단계에 진입했다고 주장합니다. 작년 12월 인터뷰에서 파라시스 에너지 연구소의 장웨이란 이사는 회사의 3세대 반고체 배터리가 제품 검증 단계에 있으며 에너지 밀도가 400Wh/kg이라고 밝혔습니다.
또한, EVE Energy의 프론티어 머티리얼 연구소의 지야좐 이사는 올해 4월 행사에서 회사의 실리콘 기반 소프트 팩 배터리 기술이 상당한 진전을 이루어 제품 에너지 밀도가 최대 380Wh/kg에 달하여 저고도 항공기에 전력 지원을 제공할 수 있다고 밝혔습니다. 올해 3월, 이웨이 리튬 에너지는 회사가 비행 자동차 회사 샤오펑 후이톈으로부터 공급업체 지정 개발 통지를 받았으며, 후자에게 차세대 프로토타입 저전압 리튬 배터리를 제공할 것이라고 발표했습니다.
'현재 선도적인 배터리 제조업체들은 항공 전력 배터리를 '두 번째 성장 곡선'으로 간주하고 있으며, R&D 투자가 지속적으로 증가하고 있습니다. 업계 전체는 '기술 검증-소량 시험 생산' 단계에 있습니다.' 선전 자동차 및 항공 연구소의 장루이펑 사장은 차이나 타임즈 기자와의 인터뷰에서 저고도 경제가 배터리 제조업체의 전략적 거점이 되었다고 말했습니다. 핵심은 정책 배당, 기술 업그레이드 및 시장 블루 오션의 삼중 동력에 있습니다. 기술 반복 요구 사항의 관점에서 볼 때, 기존 자동차 전력 배터리 기술은 포화 상태에 접근하고 있으며, 새로운 트랙인 항공 전력 배터리는 더 높은 에너지 밀도, 더 높은 전력 밀도 및 극한 환경 신뢰성을 요구합니다. 이는 배터리 제조업체에게 기술적 돌파구를 위한 '새로운 전장'을 제공합니다. 리튬 금속 배터리 및 전고체 배터리와 같은 최첨단 기술은 기존 리튬 배터리 특허 장벽을 우회하고 차선에서 추월을 달성할 수 있습니다.
'현재 항공 전력 배터리 분야의 국제 경쟁은 '삼국' 상황을 보이고 있습니다. 첫째, 미국 SES 및 독일 보쉬와 같은 국제 거대 기업들은 선도적인 리튬 금속 배터리 기술을 바탕으로 Joby와 같은 eVTOL 선도 제조업체의 공급망에 진입했지만, 비용 관리 능력이 약하고 Ah당 비용이 국내 기업의 2~3배입니다. 둘째, 국내 선도 기업들은 공급망 비용 이점과 정책 지원에 힘입어 중저전력 분야(100kW 미만 드론 등)를 장악하고 있지만, 고급 시장(유인 eVTOL 등)은 여전히 감항 인증 장벽을 돌파해야 합니다. 셋째, GAC Aion, Geely 및 기타 자동차 회사와 같은 크로스보더 플레이어들은 자체 배터리를 개발하여 '차량-배터리' 폐쇄 루프를 열려고 시도했지만, 항공 기술 축적이 부족하여 전문 배터리 제조업체의 위치를 단기간에 흔들기 어렵습니다.' 장루이펑은 말했습니다.
딜레마: 도달할 수 없는 삼각형 해결
소위 항공 전력 배터리는 저고도 항공기 eVTOL에 사용되는 전력 배터리를 의미합니다. eVTOL은 유인 및 화물 운송 eVTOL로 나눌 수 있습니다. 화물 운송 eVTOL은 대형 드론과 같고, 유인 eVTOL은 소형 항공기와 같습니다. 후자는 저고도 경제 개발의 주요 방향이자 주요 리튬 배터리 제조업체의 주요 목표입니다.
신에너지 자동차 배터리와 비교하여 항공 전력 배터리는 성능 지표에 대해 더 엄격한 요구 사항을 가지고 있습니다. 왕저선은 이것이 주로 세 가지 측면에서 반영된다고 소개했습니다. 첫째, 에너지 밀도는 항공기의 내구성과 하중 요구 사항을 충족하기 위해 자동차 배터리의 200-300Wh/kg보다 훨씬 높은 400-500Wh/kg을 초과해야 합니다. 둘째, 전력 출력은 8-10C 속도 이착륙 및 3-5C 순항을 고려해야 하며, 배터리는 고속 방전 능력을 가져야 합니다. 마지막으로, 안전은 극한 조건(15미터 낙하, 20℃ 저온 등)에서 제로 고장 위험을 충족해야 하며, 고장 시 중복 전원 공급을 보장해야 합니다.
이 때문에 고에너지 밀도, 고충전 및 방전 속도, 고안전성은 항공 전력 배터리의 '도달할 수 없는 삼각형'이라고도 불립니다. 주요 리튬 배터리 제조업체의 해결책은 전고체 배터리 및 금속 리튬 배터리를 포함한 새로운 기술로 세 가지 균형을 이루는 것입니다. 예를 들어, CATL은 응축 배터리를 통해 에너지 밀도를 500wh/kg까지 높였습니다. 신왕다는 먼저 반고체 배터리 경로를 택하고 에너지 밀도와 안전성을 향상시키기 위해 전고체 배터리를 개발하고 있습니다.
그러나 현재 전고체 배터리 기술은 아직 성숙하지 않아 배터리 제조업체는 여전히 세 가지 중에서 선택해야 합니다. 쉬중링은 한 인터뷰에서 다음과 같이 밝혔습니다. '예를 들어, 일부 고주파 이착륙 단거리 시나리오에서는 배터리 충전 속도를 희생하고 배터리 교체를 사용하여 다른 성능의 신뢰성 문제를 해결할 것입니다.'
왕저선은 현재 항공 전력 배터리가 여전히 세 가지 주요 기술적 병목 현상에 직면해 있다고 기자들에게 말했습니다. 한편으로는 에너지 밀도가 제한되어 있습니다. 전고체 배터리가 400-500Wh/kg까지 돌파할 것으로 예상되지만, 인터페이스 접촉, 열 안정성 및 높은 비용으로 인해 단기간 내에 상용화하기 어렵습니다. 다른 한편으로는 전력과 에너지 밀도의 균형을 맞추는 것이 어렵습니다. 비행의 모든 단계를 충족하기 위해 재료 혁신과 구조 설계를 통해 '시소 효과'를 돌파해야 합니다. 또한, 배터리는 극한 환경에 적응하지 못하고 항공 전용 인증 시스템이 부족하여 비용이 여전히 높습니다. 이러한 과제는 재료, 시스템 설계 및 감항 표준의 조율된 돌파구를 시급히 요구합니다.
한 eVTOL 회사 임원은 우리 기자에게 국내 배터리 제조업체의 항공 전력 배터리는 이제 막 시작되었으며 eVTOL의 대규모 상업적 사용에 대한 성능 요구 사항을 완전히 충족할 수 없으며 '항속 거리 불안'이 객관적으로 존재한다고 말했습니다.
'제가 알기로, 현재 국내 eVTOL 제품은 일반적으로 국내 배터리를 사용합니다. 그러나 국내 배터리 제조업체의 항공 전력 배터리는 이제 막 시작되었으며 eVTOL의 대규모 상업적 사용에 대한 성능 요구 사항을 완전히 충족할 수 없으며 항속 거리 불안이 객관적으로 존재합니다.' 국내 eVTOL 호스트 제조업체인 Zero Gravity Aircraft Industry(Hefei) Co., Ltd.의 최고 전략 책임자인 첸얀은 우리 기자와의 인터뷰에서 항속 거리 불안 문제를 효과적으로 해결하기 위해 회사의 고정익 항공기 및 멀티 로터 eVTOL 제품이 배터리 교체 설계를 채택했다고 말했습니다. 항공 전력 배터리가 향후 5년 안에 신에너지 자동차와 같은 대규모 시장이 될 것으로 낙관적으로 추정되며, OEM 및 배터리 공장과 같은 산업 체인의 상류 및 하류가 비교적 호환 가능한 개발 상황을 형성할 것입니다.
첸얀은 미래에 항공 전력 배터리가 두 가지 주요 측면에서 성능을 향상시켜야 한다고 믿습니다. 하나는 배터리 에너지 밀도에서 더 많은 돌파구를 마련하는 것이고, 다른 하나는 안전성, 특히 열 폭주를 더욱 개선하는 것입니다. 구체적으로, 그는 eVTOL의 대규모 상업적 적용을 위한 배터리 요구 사항에는 에너지 밀도 400wh/kg 이상 및 사이클 수명 2000 사이클 이상이 포함된다고 믿습니다.
'삼원계 리튬 배터리의 경우, 개발 방향은 46 시리즈 배터리 셀이 eVTOL의 첫 번째 선택이 될 가능성이 높습니다. 전고체 배터리가 이 요구 사항을 충족할 수 있는 시기는 아직 지켜봐야 합니다. 현재, 우리는 에너지 밀도가 가장 높은 국내산 삼원계 리튬 배터리를 사용하고 있으며, 배터리 셀 에너지 밀도는 320wh/kg입니다. 그러나 삼원계 리튬 배터리 제조업체 외에도 금속 리튬 배터리 및 수소 연료 전지 회사와 협력 관계를 구축했습니다.' 첸얀은 말했습니다.
미래: 언제 수익을 낼 수 있을까요?
기술 연구 개발이 아직 시장 수요를 따라가지 못했지만, 항공 전력 배터리는 비교적 큰 시장 전망을 보여주었습니다.
장루이펑은 단기적으로(2025-2027년) 항공 전력 배터리의 적용 시나리오는 주로 드론 물류, 관광 등이 될 것이며, 수요 규모는 약 50억에서 80억 위안으로, 주로 300Wh/kg 인산철 리튬 및 400Wh/kg 삼원계 배터리에 집중될 것이라고 소개했습니다. 중기적으로(2028-2030년), 유인 eVTOL의 점진적인 상용화와 함께 500Wh/kg 리튬 금속 배터리가 주류가 될 것이며, 시장 규모는 300억 위안을 초과하고 연평균 성장률은 50% 이상이 될 것입니다. 장기적으로(2030년 이후), '수소-리튬 배터리' 하이브리드 기술의 성숙과 함께 항공 전력 배터리 시장은 더욱 확대될 수 있으며, 에너지 저장 및 항공 비상 전원 공급과 같은 파생 수요와 중첩되어 전체 규모는 1,000억 위안을 초과할 것으로 예상됩니다.
항공 전력 배터리 시장 1,000억 위안은 어디에서 오는가? 이 뒤에는 두 가지 주요 이유가 있습니다. 한편, 배터리는 eVTOL의 핵심 부품으로서 비싸고 전체 기계 비용에서 높은 비중을 차지합니다. 'eVTOL 배터리 비용은 공급망 통합 능력과 직접적으로 관련되어 있으며, 공급량과도 직접적으로 관련되어 있습니다. 현재 eVTOL 배터리는 표준화된 선반 제품이 아니며, 모두 맞춤형으로 제작해야 합니다. 따라서 배터리 가격은 저렴할 수 없으며, 특히 자동차 배터리와 비교하면 매우 비싸다고 할 수 있습니다. BOM 비용에서 모터 및 전자 제어 장치와 함께 eVTOL 총 비용의 4분의 1 또는 3분의 1을 차지할 것입니다.' 첸얀은 기자들에게 소개했습니다.
다른 한편으로는 eVTOL 배터리의 교체 빈도에 영향을 받습니다. 첸얀은 다음과 같이 말했습니다. '현재 배터리 산업의 기술 수준에 따르면, eVTOL 배터리는 배터리 자체의 사이클 수 및 특정 적용 시나리오에 따라 5-10년 동안 사용할 수 있습니다. 일반적인 평가에 따르면, eVTOL 배터리 시장은 3년 안에 규모가 성장하기 시작할 것이며, 출하량은 현재보다 한 자릿수 더 높고, 5년 안에 다른 자릿수가 될 수 있습니다.'
올해 4월 궈진 증권이 발표한 연구 보고서에 따르면, 국내 eVTOL 배터리 시장은 2030년까지 1,126억 위안에 달할 것이며, 여기에는 98억 위안의 OEM 시장과 1,028억 위안의 애프터마켓 시장이 포함됩니다.
사전 설치 시장에서 '승객 eVTOL 적용 및 시장 백서'에 따르면, 2030년 국내 eVTOL 누적 수요는 16,316대에 이를 것으로 예상됩니다. 단일 eVTOL이 200kWh의 충전을 하고 가격이 Wh당 3위안이라고 가정하면(항공 등급 배터리 가격은 자동차 배터리보다 한 자릿수 더 높음), 해당 단일 기계 배터리 가치는 60만 위안이며, 해당 사전 설치 시장은 약 98억 위안입니다.
애프터마켓은 교체 빈도로 인해 더 탄력적입니다. 하루 8회 비행 및 배터리 사이클 수명 1,000 사이클을 가정하면 eVTOL 배터리 교체 횟수는 14회에 이릅니다. eVTOL의 20년 수명 주기에서 2030년 국내 eVTOL 누적 수요는 16,316대에 이를 것으로 예상됩니다. 평균 교체 가격이 대당 45만 위안이라고 가정하면, 배터리 애프터마켓은 약 1,028억 위안의 누적 배터리를 제공할 것입니다.
항공 전력 배터리 시장은 유망한 전망을 가지고 있지만, 상용화 일정은 아직 불분명합니다. 왕저선은 항공 전력 배터리의 상용화 과정은 기술적 돌파구, 감항 인증 및 시장 수요의 조율된 촉진에 달려 있다고 믿습니다. 현재 고에너지 밀도, 고안전성 전고체 배터리 및 리튬-황 배터리와 같은 기술은 여전히 R&D 검증 단계에 있으며, 대규모 생산 및 비용 관리는 아직 성숙하지 않았습니다. 동시에, 감항 표준은 엄격하고 인증 주기는 길며, 산업 체인의 상류 및 하류가 함께 문제를 해결해야 합니다. eVTOL과 같은 새로운 시나리오는 잠재적 수요를 가져오지만, 시연 운영은 단기적으로 여전히 주요 초점이며, 대규모 상업적 사용은 5-10년이 걸릴 것으로 예상됩니다.
따라서 현재 항공 전력 배터리가 리튬 배터리 제조업체에 수익을 가져다줄 수 있는 시기는 알 수 없습니다. 그러나 모커의 관점에서 볼 때, 항공 전력 배터리 기술 요구 사항은 더 엄격하고 총 이익 마진이 더 높을 것이며, 이는 기업 수익성을 위한 생산 임계값이 신에너지 자동차 배터리보다 낮을 것임을 의미합니다.
장루이펑은 항공 전력 배터리가 '개념 기간'에서 '기술적 돌파구와 시나리오 구현이 병행되는' 단계에 진입했다고 믿습니다. 향후 3-5년은 업계 차별화의 중요한 기간이 될 것입니다. 기술적 준비(리튬 금속/전고체 배터리 등), 공급망 통합 능력(재료 제조업체와의 합작 투자 등) 및 정책 자원을 갖춘 기업이 먼저 수익을 낼 것으로 예상됩니다.
“유인 eVTOL 배터리의 경우, 리튬 금속 배터리가 2026년에서 2028년 사이에 감항 인증을 완료하고 소량으로 설치될 것으로 예상되지만, 초기 비용이 높고 단일 배터리 비용이 100만 위안 이상이며, 회사는 정부 보조금을 통해 손익분기를 달성할 수 있으며, 장기적으로는 규모의 경제를 통해 비용을 절감해야 하며, 즉 목표 비용은 kWh당 5,000위안 미만입니다.” 장루이펑은 말했습니다.
