소재 단가, 복잡한 제작공정 걸림돌 작용
값싼 염료물질 등 활용해 베타전지 개발
100시간 동안 안정적으로 전력 생산 확인
◆…인수일(오른쪽) 대구경북과학기술원 교수와 김홍수 박사. 사진=DGIST 제공
인수일 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수팀은 값싼 염료물질 등을 활용해 충전이 필요 없는 반영구적 차세대 배터리인 '양방향 탄소동위원소 염료감응 베타전지'를 개발했다고 2일 밝혔다.
베타전지는 탄소·니켈·수소 등에서 방출되는 베타선 전자가 방사선 흡수체인 반도체에 충돌하면서 전력을 생산하는 장치이다. 외부 동력원 및 교체과정 없이 자체 전력 생산이 가능하며, 방사성동위원소의 긴 반감기를 통해 반영구적 수명을 가진다. 또한 베타전지의 주요에너지원인 베타선은 감마선에 비해 인체에 대한 유해성이 낮아 높은 안정성을 가지고 있다.
하지만 소재 단가, 복잡한 제작공정 및 기술 등 많은 제약이 있어 베타전지 개발에 걸림돌로 작용했다. 이에 연구팀은 값비싼 반도체 물질 대신 루테늄 계열의 'N719 염료'와 '방사선동위원소 시트르산', 그리고 '이산화타이타늄'을 활용했다.
새로 개발한 베타전지에 대한 성능 분석결과 방출하는 전자 대비 6만5850배의 전자를 생성하며, 100시간 동안 안정적으로 전력을 생산하는 것으로 확인했다. 연구팀이 2020년에 개발한 베타전지와 비교하면 전력변환효율이 6배, 안정성이 10배 상승했다.
인수일 교수는 "이번 연구를 통해 값싼 염료를 적용한 새로운 형태의 베타전지를 개발했다는 점에 의의가 있다"며 "향후 기술 상용화를 위해 원자력전지의 양산설계 및 대량생산 관련 후속 연구를 하겠다"고 밝혔다.
해당 연구결과는 전기·전자공학 분야 국제학술지 '저널 오브 파워소스' 4월 온라인판에 게재됐다.
