<2025> Secondary Batteries for UAM/UAV: Tech & Market Outlook
상품코드:1881271
리서치사:SNE Research
발행일:2025년 11월
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한글목차
UAM(Urban Air Mobility)과 UAV(Drone)는 더 이상 ‘새로운 기술’의 차원을 넘어, 향후 10-20년간 도시 구조와 산업 생태계를 변화시킬 핵심 모빌리티 플랫폼으로 인식되고 있습니다. 두 기술 모두 전기추진·자율비행·디지털 관제를 기반으로 하며, 특히 고에너지·고안전 배터리 기술이 상용화의 성패를 좌우합니다.
먼저 사회적 변화 측면에서 UAM 도입은 도시 교통체계에 근본적인 변화를 가져올 것입니다. 도심 상공 300-600m를 활용하는 eVTOL 기체가 공항–도심, 도심–도심간 20-50km 구간을 10-20분대에 연결하게 되면, 기존 지상 교통의 일부 수요가 상공으로 이동하며 새로운 3차원 교통망이 형성될 것입니다. 이는 단순한 이동수단의 추가를 넘어, 공항 접근성 개선, 도심 간 이동 효율 향상, 특정 지역의 상업·부동산 가치 재편 등 도시 공간 구조 전반에 영향을 줄 수 있습니다.
UAM 기술은 전기식 수직이착륙(eVTOL) 기반으로 발전하고 있습니다. 다수의 글로벌 기업이 시제기 비행시험과 인증 절차에 돌입한 상태로, 미국의 Joby·Archer, 독일의 Volocopter, 중국의 EHang·XPeng AeroHT, 일본 SkyDrive 등이 경쟁하고 있습니다.
중국에서는 EHang이 세계 최초 무인·유인 겸용 eVTOL(EH216-S) 형식증명·감항증명·생산증명을 순차적으로 확보하여 상용운항 단계에 도달했고, XPeng AeroHT는 X2 및 플라잉카(X3·X4 프로토타입) 개발을 통해 도심비행 실증을 확대하고 있습니다.
UAV(Drone)은 이미 성숙 시장에 가깝습니다. DJI를 중심으로 한 중국 제조사들이 글로벌 시장의 약 70% 이상을 점유하며, 농업·치안·물류·산업 점검 영역에서 다양한 드론 솔루션이 상용화되었습니다. 고급 산업용 드론 분야에서는 자동 이착륙 패드, LTE·5G 원격운항, 군집비행, AI 기반 영상 분석 등 고도화 기술이 빠르게 발전하고 있습니다.
항공기체 시장 부분에서 UAM의 글로벌 시장 규모는 2023년 수십억 달러 수준이었지만, 2030년에는 약 200-300억 달러, 2035년에는 400억 달러 이상으로 성장할 것으로 주요 기관들이 전망하고 있으며 이는 연평균 20-30%대의 고성장을 의미하며, UAM이 ‘차세대 항공 교통’으로 진입하는 전환기를 상징합니다.
글로벌 상업용 드론 시장은 2024년 약 300억 달러로 추산되며, 2030년 약 500-550억 달러 수준으로 성장할 전망입니다. 특히 데이터 분석·드론 서비스 시장(DaaS)은 하드웨어보다 더 빠르게 성장하며, 산업 효율화와 자동화 수요가 지속되면서 시장 규모는 꾸준히 확대될 예정입니다.
배터리 시장 부분에서 2024년 기준 UAM/eVTOL 전용 배터리 시장은 약 수억-5억 달러 수준으로 추정되지만, UAM 상용화가 본격적으로 진행되는 2030년대 초에는 45억달러로 확대될 것으로 전망되며, 일부 시장조사에서는 eVTOL 배터리 시장이 2025-2033년 동안 연평균 20-25% 이상 성장할 것으로 전망하고 있습니다.
UAV(Drone)용 배터리 시장은 2023-2025년 기준 대략 10억-90억 달러 수준에서, 2030-2035년에는 20억-500억 달러 규모로 성장할 것으로 전망되며, 정의에 따라 차이는 있으나 대체로 연 8-20%대의 높은 성장률이 예상됩니다.
한편, 배터리 개발 측면에서 UAM·UAV는 전기차보다 훨씬 높은 수준의 배터리 조건을 요구합니다. 두 분야 모두 항공 안전 규제를 그대로 적용받으면서, 전기추진 시스템에 100% 가까이 의존해야 하기 때문입니다. 특히 eVTOL은 수직 이착륙 시 매우 높은 순간 출력과 가벼운 중량, 높은 에너지 밀도(300-400 Wh/kg 이상), 강력한 열 안전성, 짧은 충전 시간, 항공 안전 기준을 모두 충족해야 합니다. UAV는 임무에 따라 고출력, 경량성, 저온 성능, high C-rate, 안정성을 균형 있게 요구합니다.
현재 UAM 시제품 대부분은 Hi-Ni NCM·NCA 기반 고에너지 셀을 사용하고 있으며, 일부는 실리콘 음극 기반 셀을 적용합니다. UAV는 충·방전 성능이 뛰어난 리튬폴리머(Li-Po) 또는 고출력 18650·21700 원통형 셀을 사용하는 것이 일반적입니다.
대부분의 eVTOL은 니켈 함량이 높은 NCM·NCA 계열 셀 기반의 배터리팩을 사용하며, 팩 레벨로 약 250-300 Wh/kg대 에너지밀도를 목표로 합니다. 이 수준은 현재 전기차보다 높은 안전 마진과 고출력 설계를 요구하기 때문에, 셀 자체뿐 아니라 팩 구조 설계, 열 관리(냉각·단열), 다중 BMS, 셀 모듈 간 방화·차단 설계가 통째로 하나의 기술 패키지처럼 개발되고 있습니다.
UAV(Drone)은 용도별로 스펙트럼이 넓습니다. 소비자용·소형 상업용 드론은 고방전 리튬폴리머(LiPo)와 18650/21700 원통형 셀이 주력이고, 산업·군용 드론은 고에너지·고출력 셀과 특수 팩 설계가 결합된 형태가 많습니다. 장기체공이 중요한 중·장거리 임무에서는 두산모빌리티이노베이션(DMI)의 수소연료전지 드론처럼 연료전지 시스템을 사용하는 경우도 있고, 배터리·연료전지 하이브리드 구성이 시도되는 등 “전기+연료전지” 복합 에너지 시스템 개발도 병행되고 있습니다.
한편, 차세대전지 개발 분야는 UAM·UAV용 배터리 개발의 가장 뜨거운 영역입니다. 여러 기술 리뷰와 시장조사에서는 UAM·eVTOL을 리튬메탈, 리튬황, 전고체 전지, 바이폴라전지가 가장 먼저 쓰일 수 있는 초기 상용화 플랫폼 후보로 본습니다. 리튬메탈과 리튬황은 이론적으로 400-500 Wh/kg 이상까지 가능한 고에너지 계열로, 현재 eVTOL의 비행거리·탑재중량 한계를 직접 완화할 수 있는 후보군입니다. 다만 수명, 덴드라이트, 셀 안정성 문제가 여전히 숙제로 남아 있고, 전고체 배터리는 불연성 전해질을 사용해 열폭주 위험을 크게 줄일 수 있는 점 때문에 항공용에서 특히 주목받고 있으며, 여러 완성차·배터리 업체들이 2020년대 후반 시범 적용을 목표로 개발 중입니다.
종합하면, UAM과 UAV용 배터리 개발은 현재 고성능 리튬이온의 항공 최적화(안전·출력·에너지밀도 균형)와, 리튬메탈·전고체·리튬황 등 차세대 전지의 조기 상용화 시도가 동시에 진행되는 국면에 있습니다. 단순히 셀만 잘 만드는 수준이 아니라, 항공 규제와 미션 프로파일을 만족시키는 팩 설계, 열·BMS·운영 소프트웨어까지 포함한 통합 솔루션 경쟁이 본격화되고 있으며, 이 영역이 향후 10년간 배터리 산업의 전략적 격전지 중 하나가 될 가능성이 큽니다.
본 리포트는 최근의 핫 테마인 UAM-UAV(Drone)의 시장현황 및 개발동향을 알기 쉽게 소개하고, 여기에 사용되는 배터리의 요구조건 및 차세대전지 개발현황 등을 정리하여 이해하기 쉽도록 작성하였습니다.
본 리포트는 다음과 같은 특징과 강점을 갖고 있습니다.
① UAM(eVTOL) 기체 및 핵심 시스템 기술의 상세 수록
② eVTOL/UAM용 배터리 요구사항(성능·출력·수명·안전) 수록
③ eVTOL용 LIB 실증 연구(부하·사이클·열화·사후분석)결과 수록
④ 차세대 전지 개발 현황(Li-metal·전고체·반고체·Li-S·Hi-Ni·바이폴라전지) 상세 수록
⑤ UAM-UAV(Drone)관련 업체 및 시장 동향 상세 수록
목차
1. 글로벌 eVTOL/UAM 시장 및 산업 동향
1-1 eVTOL 연구 개발 열풍과 시장 집중화 전망
1-2 eVTOL의 부상 배경
1-3 eVTOL 기술 구성, 안전성, 산업 현황
1-4 eVTOL 산업 동향
1-4-1 용도별/Biz 모델/지역별 특징
1-4-2 기술규제·플레이어 동향
1-4-3 글로벌 주요 기업 현황
1-5 eVTOL 시장
1-5-1 적용 시나리오별 종류
1-5-2 시장 규모 및 성장률 전망
1-5-3 핵심 서브 시스템 및 비용 구조 분석
1-5-4 주요 투자 흐름 및 동향
2. 저고도 경제·UAM 국가 정책 및 글로벌 비교
2-1 저고도 경제 현황
2-1-1 미국 및 유럽
2-1-2 한국 및 일본
2-1-3 중국
2-1-4 중국 기업
2-2 중국의 저고도 경제
2-2-1 개발을 위한 3가지 우선 원칙
2-2-2 핵심 산업 현황 및 자본시장의 성과
2-2-3 최근 주요 Event('25.5-6)
2-3 중국의 UAM/Drone/항공산업
2-3-1 eVTOL
2-3-2 Drone
2-3-3 일반항공 및 UAV
2-4 각국의 UAM/UAV/Drone 관련 국책 프로그램 현황
2-5 한국의 UAM 산업 : 산업현황과 확장 플랜
2-5-1 관련 산업현황과 확장 플랜
2-5-2 K-UAM 추진 현황 · 로드맵
2-6 중국 UAM 산업 : 관련 산업현황과 확장플랜
2-7 일본 UAM 산업
2-7-1 관련 산업현황과 확장 플랜
2-7-2 NEDO의 항공기용 추진 시스템 실용화
2-8 미국 UAM 산업 관련 산업현황과 확장플랜
2-9 유럽 UAM 산업 관련 산업현황과 확장 플렌
3. eVTOL 기체/구조/구성 방식 및 분류
3-1 UAM 기체 형식별 정의 및 분류
3-2 eVTOL 분류 (Vertical Flight Society 기준)
3-3 eVTOL 기체
3-3-1 제품 제원 (1/2)
3-3-2 제품 제원 (2/2)
3-4 eVTOL 구동 방식
3-4-1 대표적인 3가지 방식의 비교
3-4-2 대표적인 4가지 방식의 비교
3-5 eVTOL(Wingless Multirotor)
3-5-1 제원 및 배터리 spec.
3-5-2 e-Hang 184 제원
3-6 eVTOL(Lift + Cruise) 제원 및 배터리
3-7 eVTOL(Vectored Thrust) 제원 및 배터리
3-8 eVTOL 동력 비교
3-9 eVTOL
3-9-1 Compound Hi-Speed rotor type
3-9-2 Rotor/Wing conversion type
3-9-3 Tilt-rotor/Wing type(1/2)
3-9-4 Tilt-rotor/Wing type(2/2)
3-10 Multi-rotoreVTOL 제품 및 제원
3-11 복합익(winged compound) eVTOL 제품 및 제원
3-12 Tilt-rotor wing eVTOL 제품 및 제원
3-13 Advanced Rotorcraft Development 요약
4. eVTOL 핵심 시스템 기술(전기추진·전력전자·센싱·제어)
4-1 eVTOL 핵심 시스템 기술
4-1-1 전기추진비행제어·지각의사결정 • 안전
4-1-2 모터 및 전력전자
4-1-3 비행제어
4-1-4 센싱 & 지각
4-1-5 안전 & 신뢰성
4-2 DEP(분산전기추진) 기술 발전과 틸트-멀티로터의 다중모드 전환
4-3 eVTOL 자율운항 접근법(개요: Piloted Path vs. Pilotless Path)
4-4 eVTOL Noise 기준 및 현 상황
5. 기존 항공기 대비 eVTOL 요구 조건 · 설계 tradeoff
5-1 eVTOL) 요구사항과 기존 항공기(헬리콥터 vs 고정익) 한계, 설계 Tradeoff
5-2 eVTOL 성능평가 방법기준 미션 & 비교 프레임
5-3 항공기 설계 입력 조건 및 근거리 임무 프로파일 정의
5-4 항공기 설계 요구사항 변화가 SOS 효율성에 미치는 영향 분석
5-5 운영 절차(Tumaround 및 속도) 및 수요 변화의 민감도 결과
5-6 UAM 항공기 설계 및 운영 민감도 분석 핵심 요약
6. UAV 분류·동력비교/재생에너지 기반 UAV
6-1 UAV구분 : 기하학적 구조, 크기, 임무유형
6-2 UAV 분류 및 제원
6–3 UAV 구동 동력원
6-3-1 기술별 비교
6-3-2 실제 적용시 특성 비교
6-3-3 배터리
6-3-4 연료전지
6-3-5 Solar Cell
6-3-6 Hybrid Power
6-3-7 Challenges-Current status -Perspectives
6-4 UAV 시장 전망 및 연구 논문수 추이
6-5 UAV 동력원 : 에너지원에 대한 최근 연구
7. eVTOL/UAM웅 배터리 요구사항(성능·출력·수명·안전)
7-1 eVTOL용 배터리 기술
7-2 eVTOL 배터리 진화 및 코스트 분석
7-3 eVTOL : Disc Load vs. Hovering efficiency 상관 관계
7-4 eVTOL 배터리 요구사항
7-4-1 비출력 (Specific Power)
7-4-2 비에너지 (Specific energy)
7-4-3 고속충전 및 사이클 수명
7-4-4 안전성 및 고속 충전의 중요성
7-4-5 벤치마크 배터리 (1): 215 Wh/kg 셀
7-4-6 벤치마크 배터리 (II): 271Wh/kg 셀
7-5 UAM용 배터리 요구조건 및 개발 현황
8. 항공기 전기화 및 UAM 배터리 시스템/모듈/열관리
8-1 지속 가능한 항공 운송을 향한 변화
8-2 상업용 항공기의 전기화 발전 전망과 전기출력 요구
8-3 상업용 항공기의 전기화
8-4 전기 구동 단거리 항공기
8-5 UAM용 전지 : 셀 간 불균일 특성과 열적 영향 연구 동향
8-6 UAM용 LIB 모듈 설계 및 실험 설정
8-7 UAM용 LIB 내부저항 및 발열특성 실험 결과
8-8 Simulation & Thermal Behavior 열적 거둥 분석 결과
8-9 UAM 배터리 모듈 열 거둥 및 설계 시사점
8-10UAM운용에 대한 배터리 성능의 영향
8-11 UAM 운영 경제성을 위한 DOC (직접 운용비용) 모델 및 설계 요소 결합 분석
8-12 UAM 운영을 위한 핵심 배터리 기술 특성 및 현재 동향
8-13 기존 상용 UAM 분석을 통한 DOC 모델의 검중 결과
8-14 C-rate 특성이 UAM 설계 무게 및 운영모드에 미치는 영향 분석
8-15 에너지밀도 발전(2035년 전망)이 UAM 경제성 및 항속 거리에 미치는 영향
9. 배터리 모델링 시뮬레이션 전극 구조 설계
9-1 배터리 P2D(Pseudo 2 Dimension) 모델링
9-2 배터리 미세구조 surrogate 모델
9-2-1 미세구조 surrogate 모델 개요
9-2-2 미세구조 surrogate 모델 적용
9-3 전극 구조가 수송 특성에 미치는 영향 및 정전류 발전 성능 및 최적 구조 도출
9-4 eVTOL 작동 성능 비교 (참조 vs. 최적화) vs. 작동 종료 시 ASSB 상태 분석
9-5 전고체전지 성능 향상 방안 : 재료 및 미세구조 개선
9–6 Modeling Methodology - 비행모델과 배터리모델의 통합 시뮬레이션 프레임워크
9-7 운항 조건 변화가 항공 성능과 배터리 거동에 미치는 영향
9-8 Battery Design Case Study
9-8-1 전극 기하구조 설계 영향 분석(1)
9-8-2 전극 기하구조 설계 영향 분석 (2)
9-8-3 전극 물성/팩 에너지 용량 변수 분석(1)
9-8-4 전극 물성/팩 에너지 용량 변수 분석(2)
9–9 UBDM 모델링 및 열화구조
9-10 eVTOL 배터리 성능 예측의 필요성 및 연구
9-11 Cellfit 모델 및 eVTOL 맞춤형 데이터 구축
9-12 Cellfit의 성능 모델링 결과 및 정확도
9-13 범용 배터리 열화 모델(UBDM) 개발 및 비교
9-14 UBDM을 통한 성능 개선 및 결론
10. eVTOL LIB 실증 연구(부하·사이클 열화·사후 분석)
10–1 LIB 적용
10-1-1 eVTOL 고율 사이클링 성능 및 초기 열화 분석
10-1-1 eVTOL 이륙 시 고출력 부하 프로파일에서의 LIB의 반응성 평가
10-1-3 저울 회복 및 고율 재적용 시의 취약성
10-1-4 eVTOL 배터리 사후 분석 결과
10-2 UAM의 충전 상태(SOC)에 대한 파라미터 연구
10-2-1 연구배경 및 목표
10-2-2 최적 제어 프레임워크 및 에너지 모델
10-2-3 전기화학 기반 배터리 모델 및 특성
10-2-4 최종 SOC 예측 및 속도 불가능성 비교결과
10-2-5 고도, 상숭 비행, 및 불확실성 영향
10-3 eVTOL 적용을 위한 현재 및 미래 배터리의 타당성 연구
10-3-1 연구 개요 및 결과
10-3-2 21700(Molicel)셀 vs. 전고체전지(SiSu)비교
10-3-3 배터리 요구 사항 및 프로파일
10-3-4 VoloCity vs. Midnight 항공기 제원 및 배터리 요구 사항
10-3-5 현재 및 new 배터리 벤치마킹
10-3-6 Molicel 및 SiSu 셀 시뮬레이션 결과 및 비교
10-3-7 결론
10-4UAM용 고밀도 LIB의 급속 충전
10-4-1 UAM 배터리의 엄격한 요구 조건과 5분 초급속 충전 전략의 필요성
10-4-2 UAM mission 프로토콜 정의 및 비대칭 온도 조절법 (ATM) 도입
10-4-3 ATM 방법의 실험적 검증: 리튬 plating 방지와 초장수명 달성
10-4-4 전기화학-열 모델링을 통한 리튬 plating 메커니즘 분석 및 SOC 창 확장
10-4-5 배터리 성능 향상과 수명 말기 (EOL) 성능 유지
10-5 NASA SABERS Program
10-5-1 SABERS Concept
10-5-2팩 에너지밀도
10-5-3 Dry Compressible Holey Graphene(hG)
10-5-4 전고체 콤포지트 황 양극 및 최적화
10-5-5 Holey Graphene vs. Carbon Black 및 Bipolar stack pouch cells
11. 차세대 전지 개발 동향 : Li-metal·전고체·반고체 Li-S. Hi-Ni 바이폴라전지
