“반영구 베타전지 개발 성공… 충전 없는 배터리 시대 온다”

DGIST  인수일 교수 연구팀 세계 최초 ‘염료감응 베타전지’ 개발
방사성 동위원소 이용 차세대 전지
우주·바닷속·의료 분야서 적용 기대 인수일 대구경북과학기술원( DGIST ) 에너지공학전공 교수 충전 없이 반영구적으로 사용 가능한 ‘염료감응 베타전지’가 세계 최초로 개발됐다.

대구경북과학기술원( DGIST ) 에너지공학전공 인수일 교수 연구팀은 15일 “베타선에 염료가 반응하는 원리를 응용해 값싸고 안전하면서 반영구적인 베타전지를 개발했다”고 밝혔다.

인 교수는 “베타전지를 연구하고 개발하는 나라는 많으나 값싼 염료를 이용한 개발은 처음”이라고 말했다. 미국과 러시아 등을 중심으로 베타전지 연구에 각축을 벌이지만 소재가 비싸고 복잡한 제작 공정으로 인해 대량생산에 어려움을 겪고 있다는 것이다.

인 교수는 “앞으로 베타전지가 우주나 깊은 바닷속과 같은 극한 환경이나 의료 분야에 차세대 전원으로 활용될 것으로 기대된다”고 전망했다. 그는 베타전지에 대해 하나씩 설명했다. 베타전지는 방사성 동위원소를 원료로 이용하는 차세대 전지 중 하나다. 방사성 동위원소에서 방출된 베타선이 방사선흡수체인 반도체에 충돌하면서 전기가 생산되는 원리다. 베타선은 인체 유해성과 투과도가 낮고 외부 동력원 없이 자체 전력 생산이 가능하다. 수명은 방사성 동위원소의 반감기와 비례하기 때문에 길다.

이번 연구 결과의 핵심은 기존의 베타전지에서 방사선흡수체로 사용된 값비싼 반도체 물질을 루테늄 계열의 ‘N719’ 염료로 대체한 것이다. 루테늄은 전이금속으로 백금족 금속의 하나다. 인 교수 팀은 또 베타선을 방출하는 동위원소인 ‘탄소-14’를 적용해 기존 베타전지가 가진 복잡한 구조를 단순화했다. 이와 함께 ‘탄소-14’를 나노입자로 만들어 에너지 밀도를 높였다.

인 교수 연구팀은 후속 연구로 베타전지 효율을 실용화 수준까지 끌어올릴 계획이다. 인 교수는 “이번 연구는 기존 방식과는 달리 값싼 염료를 적용해 새로운 베타전지 개발에 성공했다는 데 큰 의의가 있다”면서 “풀어야 할 숙제가 많지만 안전하고 저렴한 염료감응 베타전지 개발에 노력하겠다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 방사선기술개발사업으로 진행됐으며, 지난 4일 화학 분야의 저명한 국제학술지 ‘케미컬 커뮤니케이션스’ 표지 논문으로 게재됐다.