충전 없는 '베타전지' 개발.. 반영구적으로 쓴다

대구경북과학기술원이 개발한 염료감응 베타전지다. 이 전지는 방사선 동위원소에서 발생한 베타전자를 방사선 흡수체 역할을 하는 반도체에 부딪혀 전기를 생산한다.

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 충전 없이 반영구적으로 사용 가능한 염료감응 베타전지를 개발했다. 이 전자는 대량 생산이 가능하고 안정성이 뛰어나, 우주, 심해, 의료 등 다양한 분야의 극한 환경에 활용할 차세대 전지가 될 수 있을 것으로 예상된다. 인수일 대구경북과학기술원 에너지공항전공 교수의 연구팀은 염료감응 베타전지를 최초 개발해, 관련 연구 결과가 국제 학술지인 케미컬 커뮤니케이션스에 최근 실렸다고 15일 밝혔다.

저렴한 소재의 베타전지 개발

연구팀이 개발한 베타전지는 방사성 동위원소를 원료로 이용하는 차세대 전지다. 방사성 동위원소에서 방출된 베타전자를 방사선 흡수체인 반도체에 충돌하면서 전기가 생산되는 전지다. 별도의 충전이 필요없고, 수명은 방사성 동위원소의 반감기와 비례해 반영구적으로 쓸 수 있다. 특히 베타선은 인체 유해성이나 투과도가 낮아 높은 안정성까지 갖췄다.

국내외적으로 베타전지 개발을 위한 연구가 진행 중이다. 관건은 값싼 소재로 간단한 공정으로 전지를 구성하는 것이다. 연구팀은 기존 베타전지에서 방사선흡수체로 사용되는 값비싼 반도체 물질을, 저렴한 루테늄 계열의 ‘N719’ 염료로 대체했다. 또 베타선을 방출하는 동위원소인 탄소-14(Carbon-14)를 적용해 구조를 단순화 했다. 탄소-14를 나노입자로 만들어 에너지 밀도를 높이기도 했다.

상용화는 아직 어려워

연구팀은 성능 실험 결과, 이 배터리가 탄소-14에서 방출된 전자 대비 3만2000배 많은 전자를 생성해 10시간 동안 안정적인 전력을 생산함을 관찰했다고 밝혔다. 연구팀은 이 배터리의 상용화에 성공할 경우 충전 없이 반영구적으로 쓸 수 있는 배터리를 생산할 수 있을 것으로 봤다. 베타전지에 사용된 탄소-14는 약 5730년의 반감기를 가지고 있다.

하지만 상용화를 위해서는 많은 과제가 남았다. 인 교수는 "이번 연구는 값싼 염료를 적용해 새로운 베타전지 개발에 성공했다는데 의미가 있다"라고 밝혔다. 다만 "베타전지의 성능은 상용화를 진행하기에는 아직 한없이 부족한 실정"이며 "후속 연구로 베타전지의 효율을 실용화 수준까지 도달하고자 하며, 차세대 배터리로서의 사업화 기반을 마련하고자 한다"고 설명했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr