충전 필요 없이 사용하는 반영구적 배터리 나온다

충전이 필요 없는 반영구적 차세대 배터리 기술을 국내 연구진이 개발했다.

앞으로 우주·심해·의료·전기차, 드론 등 등 다양한 분야에서 국가 미래 먹거리의 핵심기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

인수일 에너지공학과 교수(오른쪽)와 김홍수 박사가 연구내용을 논의하고 있다. 디지스트 제공

디지스트(DGIST·대구경북과학기술원)는 인수일 에너지공학과 교수팀이 충전이 필요 없는 반영구적 차세대 배터리인 ‘양방향 탄소동위원소 염료감응 베타전지’를 개발했다고 2일 밝혔다.

베타 전지는 탄소·니켈·수소 등 방사성동위원소에서 방출하는 베타선 전자가 방사선 흡수체인 반도체와 충돌하면서 전력을 생산하는 장치이다. 외부 동력원과 교체과정 없이 자체 전력 생산이 가능하다는 게 최대 장점이다. 방사성동위원소의 긴 반감기를 통해 반영구적으로 사용할 수 있다는 것이다.

주요 에너지원인 베타선은 인체 유해성이 낮고 안정성이 높다. 비싼 소재 단가와 복잡한 제작공정이 베타전지 개발에 걸림돌로 작용했다. 연구팀은 방사선 흡수체로 활용하는 값비싼 반도체 물질 대신 루테늄(Ru) 계열의 N719 염료, 방사선 동위원소 시트르산(14CA), 이산화타이타늄(TiO2)을 활용해 베타 전지를 개발했다.

시트르산을 탄소동위원소 나노입자로 합성해 에너지 밀도를 높이고 N719 염료와 이산화타이타늄 사이에 시트르산을 추가해 강한 결합을 형성, 높은 에너지 전환과 안정성을 확보했다.

연구팀이 성능을 분석한 결과 방출하는 전자 대비 6만5850배의 전자를 생성하며 100시간 동안 안정적으로 전력을 생산하는 것을 확인했다. 연구팀이 2020년 개발한 베타 전지와 비교하면 전력변환효율은 6배, 안정성이 10배 상승했다.

인 교수는 “값싼 염료를 적용한 새로운 형태의 베타 전지를 개발했다는 점에 의의가 있다”며 “향후 기술 상용화를 위해 원자력전지 양산설계 및 대량 생산 관련 후속 연구를 하겠다”고 말했다.

연구 결과는 지난달 전기·전자공학 분야 저명 국제학술지 ‘저널 오브 파워 소스’ 온라인판에 게재됐다.

대구=김덕용 기자 [e-mail]