eVTOL 항공기는 UAM에 필요한 수직 이착륙을 조용하고 친환경적이게 수행하기 위해 왕복엔진이나 터빈엔진과 같은 전통적인 추진시스템이 아닌 전기추진시스템을 동력원으로 사용한다. 그러므로 전기추진시스템을 실현하기 위해서는 UAM의 요구사항을 충족하는 배터리를 제작해야 한다. 그러나 UAM용 배터리를 구축하는 것은 아직까지 큰 도전 과제이다.

 현재 Uber가 목표로 하는 UAM 배터리의 성능은 다음과 같다. UAM용 배터리는 지연된 착륙, 지상 500ft에서 6마일 우회, 성공적인 착륙을 위한 충분한 예비 전력이 있어야 하며, 60마일의 비행 동안 차량에 동력을 공급할 수 있는 능력을 갖추어야 한다. 또한, 7분 간의 충전으로 한 번에 3시간, 25마일 비행이 가능해야 한다.

 아래의 표는 앞서 말한 Uber의 배터리와 2017 Tesla S 100D(시장에서 가장 우수한 전기 자동차 중 하나)의 배터리를 비교한 것이다.

 기본적인 eVTOL에 대한 배터리 요구 사항은 전기차 배터리보다 더 엄격하다. 에너지 및 전력 측면에서 볼 때, 높은 순항 전력이 eVTOL 배터리의 평균 방전율(C-rate)을 증가시키고, 30-120초 동안 지속되는 이착륙 단계에서도 매우 높은 전력이 필요하다. 이러한 eVTOL 배터리의 피크 출력은 일반적으로 10초의 시간이 요구되는 전기차 배터리보다 훨씬 더 긴 시간 동안 지속될 수 있어야 한다. 또한, eVTOL 수익을 극대화하기 위해서는 5-10분 내에 충분한 양의 에너지를 충전하는 것이 필수적이므로 급속 충전이 가능해야 한다. 그리고 eVTOL 배터리는 화재나 폭발을 금지해야 할 뿐만 아니라 안전 사고가 발생한 후에도 안전하게 착륙할 때까지 계속 작동해야하므로 안전 측면에서도 전기차 배터리보다 더 엄격한 요구사항을 가진다. 마지막으로, 사이클 수명 측면에서 eVTOL 항공기는 높은 활용도를 고려하여 Uber는 13년을 가정한다.

 이렇게 eVTOL의 요구 사항은 전기차보다 기준이 훨씬 높다. 그러나 앞서 표로 확인한 Uber의 배터리 요구 사항과 Tesla의 성능 사이의 차이는 미미해 보인다. 이는 최신 리튬이온배터리가 이미 우수할만큼 발전해왔기 때문이다. 그러므로 eVTOL의 배터리 목표를 달성하려면 완전히 다른 구성을 가진 배터리의 개발이 필요할 것이다.

 Uber처럼 리튬이온전지를 사용한 배터리 기반 전기 구동력을 구축하는 기업이 대부분이지만, 하이브리드 시스템을 채택하거나 수소연료전지를 적용하려는 기업도 있다.

 리튬이온전지는 현재 널리 사용되는 배터리이며, 내부에 저장된 연료와 산화제의 양이 존재하는 에너지 보관장치로, 전기 충전이 필요하다. 반면에 수소연료전지는 외부의 수소탱크로부터 반응 물질을 공급받는 에너지 변환장치로, 고압 수소 충전만 요구된다. 즉, 수소연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 전기를 생산하므로 무거운 배터리를 많이 탑재하지 않아도 돼 기체 무게를 줄일 수 있다. 또, 연료를 충전하는 속도가 빠르다는 장점이 있다.

 이렇게 기술만 놓고 본다면 배터리 추진시스템은 수소연료전지 시스템보다 상대적으로 비효율적이다. 특히 중장거리 운항에서 리튬이온배터리를 기반으로 한 eVTOL의 운항 안전성이 낮아진다.  이에 현대차는 중장거리 운항이 필요한 지역간 항공교통(RAM)에 수소연료전지 추진시스템을 적용할 예정이다.  현대차뿐 아니라 한화시스템도 2035년 수소연료전지 추진시스템을 적용할 예정이다. 여기에 앞서 2030년까지 '가스터빈+배터리' 하이브리드 시스템도 도입할 방침이다. 국내 중소 UAM 제조사인 플라나는 하이브리드 추진 시스템을 개발 중이다. 친환경 터빈 발전기와 저용량 배터리를 장착한 형태이다. 발전기가 직접 추진력을 제공하지 않고 전기를 생산해 배터리를 거쳐 모터를 구동한다. 1회 충전 시 최대 500㎞까지 주행할 수 있을 것으로 예상된다.

 최근 전기 자동차가 떠오르면서 배터리의 성능에 큰 발전이 있었지만 아직까지도 eVTOL 요구 수준에는 미치지 못하고 있다. 현재 직면한 문제는 크게 다가오지만, UAM에 적극적인 회사들이 협력하여 꾸준히 연구한다면 경제적이면서 친환경적인 추진시스템을 개발할 수 있을 것이다. 필자는 UAM의 성공과 동시에 다른 교통수단들까지도 완전히 변하게 될 미래가 기대된다.