Wh와 W 차이, 배터리 250Wh/kg은 셀 값일까 팩 값일까?
Wh는 배터리에 담긴 에너지의 양이고, W는 그 에너지를 한순간에 꺼내 쓰는 세기입니다. 배터리 250Wh/kg은 1kg 안에 250Wh가 들어 있다는 말이라, 이륙할 힘이 되는지는 W/kg으로 따로 따져야 합니다. 기사 속 이 숫자는 대개 셀 하나의 값입니다.
Wh는 얼마나 오래, W는 얼마나 세게
두 단위는 시간으로 이어집니다. 1kW를 1시간 쓰면 1kWh이고, 같은 1kWh를 10분 만에 쓰려면 6kW가 필요합니다. 한꺼번에 많이 쓰면 에너지보다 출력이 먼저 한계에 닿습니다.
C레이트로 말하면 1C는 가득 찬 배터리를 1시간에, 4C는 15분에 비우는 속도입니다. eVTOL(전기 수직이착륙기)에서는 이 값이 유난히 커집니다. 펜실베이니아주립대 연구진은 배터리가 기체 무게의 30%라고 놓고 여러 기체 방식을 계산해, 순항에는 배터리 1kg당 150~350W, 호버링(제자리 비행)에는 500~900W가 든다고 봤습니다(펜실베이니아주립대 요구조건 연구, 2021).
팩 에너지 밀도가 200Wh/kg이면 호버링 때 2.5~4.5C로 방전한다는 계산이 나옵니다. 같은 연구가 계산한 전기차 배터리의 평균 방전은 고속도로에서 0.3C, 시내에서 0.1C 안팎이었습니다. 호버링하는 eVTOL은 고속도로를 달리는 전기차보다 8~15배 빠르게 에너지를 꺼내 씁니다.
셀 250Wh/kg은 팩에서 얼마가 될까
기체에 실리는 것은 셀 수백 개를 묶고 배선, 냉각 장치, 구조물, 보호 회로를 더한 팩입니다. 그 부품 무게만큼 1kg당 에너지가 내려갑니다.
같은 연구진은 전기차 배터리의 팩 에너지 밀도가 셀의 0.55~0.75배에 그친다고 적었습니다. 모듈 없이 큰 셀을 팩에 바로 묶어 0.85배까지 올린 사례도 들었습니다(펜실베이니아주립대 요구조건 연구, 2021). 셀 250Wh/kg에 이 비율을 넣고, 100kWh 팩을 만들 때의 무게를 함께 적었습니다.
셀 값을 팩 값으로 착각하면 100kWh 팩의 무게를 130~330kg 적게 잡게 됩니다. 무게가 늘면 호버링 전력도 늘어나므로 이 착각은 비행 시간 계산까지 번집니다.
헬리오스의 '60% 향상'을 같은 저울에 올리면
2026년 6월 5일 미국 플로리다에서 동력 글라이더를 개조한 헬리오스 호라이즌이 고체 배터리로 유인 비행을 했습니다. 기사 원문을 다시 열어 보니 비교한 두 숫자의 기준이 달랐습니다. 260Wh/kg은 이 기체가 전에 쓰던 리튬이온 팩의 값이고, 410Wh/kg은 새 고체 셀의 값입니다(뉴아틀라스, 2026). 기사의 '60% 향상'은 팩과 셀을 맞댄 비교입니다.
410Wh/kg 셀을 앞 표의 비율로 팩 값으로 바꿔 보면 차이는 이만큼 좁혀집니다.
같은 기준으로 놓으면 향상 폭은 60%가 아니라 −13%에서 +34% 사이입니다. 고체 팩의 무게는 공개되지 않아 어느 줄이 맞는지는 알 수 없고, 고체 셀을 묶는 팩 구조가 리튬이온과 같다는 보장도 없습니다. 비행도 배터리를 바꾼 뒤 무게와 균형만 확인한 짧은 시험이라 출력 값은 기사에 없었습니다. 고체 배터리의 출력·충전·수명은 전고체 배터리 상용화 비교에서 표로 견줘 봤습니다.
100kWh 팩으로 호버링만 하면 몇 분 버틸까
아래 값은 계산을 보여 주려고 고른 예시이고, 특정 기체의 사양은 아닙니다.
호버링 시간 = 100kWh ÷ 440kW × 60 ≈ 13.6분
C레이트 = 440kW ÷ 100kWh = 4.4C
팩 1kg당 출력 = 440,000W ÷ 500kg = 880W/kg
880W/kg와 4.4C 모두 앞에서 본 호버링 요구치의 위쪽 끝에 들어갑니다. 로터가 이만한 전력을 어디에 쓰는지는 eVTOL은 어떻게 뜰까에서 따로 풀었습니다.
13.6분은 팩을 0%까지 다 쓴다는 가정입니다. 연구진은 착륙 때 전압이 갑자기 떨어지지 않도록 10% 아래로는 방전하지 않고, 급속충전은 90% 근처부터 느려지며, 착륙을 다시 시도하거나 다른 곳으로 갈 예비 에너지로 순항 10분 분량을 남긴다고 놓았습니다. 그렇게 빼고 나면 200Wh/kg 팩에서 정상 비행에 쓸 수 있는 몫은 순항 효율이 좋은 설계가 133Wh/kg, 낮은 설계가 112Wh/kg이었습니다(펜실베이니아주립대 요구조건 연구, 2021). 이 비율을 예시 팩에 빌려 오면 이렇습니다.
배터리가 낡으면 줄어드는 폭이 더 커집니다. 연구진 계산에서 용량이 20% 줄자 정상 비행의 최대 거리가 효율이 좋은 설계는 184km에서 126km로, 낮은 설계는 87km에서 54km로 30% 넘게 짧아졌습니다. 예비로 남길 에너지는 용량이 줄어도 줄일 수 없으니, 빠진 용량은 대부분 쓸 수 있는 몫에서 나갑니다.
충전은 다시 W로 따진다
100kWh 팩을 10분 만에 가득 채우려면 평균 600kW, 6C가 필요합니다. 연구진이 그린 운항에서는 승객이 바뀌는 5~10분에 다음 비행분만 채웁니다. 80km 비행을 흉내 낸 시험에서 한 번에 쓴 충전량은 약 39%였습니다(펜실베이니아주립대 요구조건 연구, 2021). 40%를 5분에 채운다고 잡으면 이렇습니다.
필요 전력 = 40kWh ÷ (5 ÷ 60)h = 480kW, 곧 4.8C
자동차와 견주면 차이가 큽니다. 같은 연구가 든 예로, 당시 테슬라 급속충전기는 모델 3를 50%에서 62%까지 채우는 데 5분이 걸렸습니다. eVTOL이 5분에 넣어야 할 40%의 3분의 1에도 못 미칩니다. 같은 연구실은 충전할 때만 셀을 데우는 방법을 따로 시험했습니다. 209Wh/kg 리튬이온 셀을 약 60°C로 데워 5분 안팎에 88%까지 채웠고, 1,000번을 되풀이한 뒤에도 용량의 97.7%가 남았습니다. 데우지 않은 셀은 150번 남짓에서 수명을 다했습니다(펜실베이니아주립대 급속충전 실험, 2021). 버티포트가 이 전력을 어디서 끌어오는지는 에어택시 충전기 4대의 전력 계산 글에서 이어집니다.
추위와 날개는 계산에 넣지 않았다
위 계산은 상온의 새 배터리를 가정했습니다. 연구진은 영하에서 배터리의 에너지와 출력이 함께 크게 줄어든다고 지적하며, 전기차도 기온이 24°C에서 −7°C로 내려가면 주행 거리가 40% 넘게 줄 수 있다는 자료를 들었습니다(펜실베이니아주립대 요구조건 연구, 2021). 방전이 훨씬 빠른 eVTOL은 추위에 더 취약해 운항을 멈춰야 할 수도 있다고 덧붙였습니다.
실제 비행에서 호버링은 이륙과 착륙 때 30~120초씩입니다. 날개가 있는 기체는 그 사이 순항에서 전력을 훨씬 덜 쓰므로 호버링만 가정한 분 단위 계산보다 오래 납니다. 대신 착륙 호버링은 배터리가 가장 비었을 때 찾아와서, 연구진은 eVTOL 배터리의 최대 출력을 전기차의 약 10초보다 긴 시간 기준으로 재야 한다고 봤습니다(펜실베이니아주립대 요구조건 연구, 2021).
확인일 2026-10-16
출처
연구
- Challenges and key requirements of batteries for electric vertical takeoff and landing aircraft, Yang 외, Joule 5권(펜실베이니아주립대 공개본), 문서일 2021-07-21, 열람 2026-10-16, https://ecec.me.psu.edu/Pubs/2021_Yang_Joule.pdf
- Ultrafast charging of energy-dense lithium-ion batteries for urban air mobility, Liu 외, eTransportation 7권 100103(펜실베이니아주립대 공개본), 문서일 2021(2020-12-30 채택), 열람 2026-10-16, https://ecec.me.psu.edu/Pubs/2021_Liu_eTransportation.pdf
언론
- World's first crewed solid-state flight electrifies aviation's future, New Atlas, 문서일 2026-06-12, 열람 2026-10-16, https://newatlas.com/aircraft/helios-horizon-first-crewed-solid-state-flight-aviation/