충전없이 10년 쓰는 '베타전지' 세계 첫 선

DGIST 연구팀, 우주탐사·의료기기·군사장비 등 장기 전력 자립 분야 활용 기대

(지디넷코리아=박희범 기자)“충전 없이 10년 작동하는 배터리, 가능할까?”

국내 연구진이 기존 배터리의 한계를 뛰어넘는 ‘차세대 베타전지’를 세계 최초로 개발했다.

DGIST(대구경북과학기술원)는 에너지공학과 인수일 교수 연구팀이 세계 최초로 방사성 동위원소 전극(C-14)과 페로브스카이트(칼슘 타이타늄 산화광물) 흡수층을 직접 연결한 차세대 베타전지 개발에 성공했다고 25일 밝혔다.

세계 처음 차세대 페로브스카이트 베타전지를 개발한 DGIST 인수일 교수(뒷줄)연구진. (사진=DGIST)

별도 충전 없이도 장기간 안정적인 전력 공급이 가능한 것이 특징이다. 우주 탐사, 이식형 의료기기, 군사용 장비 등 장기 전력 자립이 필요한 분야에서 활용도가 높을 것으로 기대됐다.

기존 리튬 및 니켈 배터리는 열·습기에 취약하고 수명이 짧다. 반면 베타전지는 방사성 동위원소의 자연 붕괴 과정에서 방출되는 베타 입자를 이용해 전력을 생산하기 때문에, 적어도 이론적으로는 수십 년간 유지보수 없이 작동한다.

베타전지는 이 같은 장점에도 불구하고 방사성 물질 취급 절차가 까다로운데다 소재 안정성 확보가 어려워 실질적인 연구는 드물었다.

연구진은 이 같은 어려움을 극복하기 위해 방사성 동위원소인 탄소-14 기반 전극과 고효율 페로브스카이트 흡수층을 결합했다. 특히 MACl(메틸암모늄 클로라이드)와 CsCl(세슘 클로라이드) 등의 첨가제를 통해 페로브스카이트의 결정 구조를 정밀 제어하는데 성공했다.

인수일 교수는 "초기 베타 전자 대비 약 56만 배 향상된 전자 생성 성능을 나타냈다"며 "최대 9시간 연속 작동 환경에서도 출력 안정성이 유지됐다"고 설명했다.

인 교수는 “베타전지 상용화를 앞당기는 중요한 계기가 될 것”으로 예상하며, “향후 소형화 및 기술이전도 추진할 계획”이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부와 DGIST의 2024년 창의도전연구(N-HRHR) 사업 지원을 받았다. 성과는 국제학술지 ‘케미컬 커뮤니케이션즈' 표지 논문으로 게재됐다.

DGIST가 개발한 페로브스카이트 베타전지 개념도.(그림=DGIST)

박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)