국내 연구진이 충전 없이 반영구적으로 사용 가능한 ‘염료 감응 베타전지(Dye-Sensitized Betavoltaic Cell)’를 개발하는 데 성공했다.

값싼 염료를 사용해 대량생산이 쉽고 높은 안정성까지 지녀 우주·심해와 같은 극한 환경이나 의료 등 다양한 분야에 널리 활용될 성과로 주목받는다.

 연구팀이 개발한 연료 감응 베타전지 / DGIST
연구팀이 개발한 연료 감응 베타전지 / DGIST
대구경북과학기술원(DGIST)은 인수일 에너지공학전공 교수 연구팀이 ‘염료 감응 베타전지(Dye-Sensitized Betavoltaic Cell)’를 세계 최초로 개발했다고 15일 밝혔다.

최근 전기차, IoT(사물인터넷) 등 기술 수요가 급증하면서 다양한 용도의 배터리 수요가 높아지고 있다. 이에 기존 배터리가 가진 짧은 수명을 개선하기 위해 베타전지 연구가 활발히 진행됐다.

베타전지는 방사성 동위원소를 원료로 이용하는 차세대 전지 중 하나다. 방사성 동위원소에서 방출한 베타전자가 방사선 흡수체인 반도체에 충돌하면서 전기가 생산되는 원리다.

베타선은 인체 유해성 및 투과도가 낮아 높은 안전성을 지닌다. 외부 동력원 없이 자체 전력 생산도 가능해 별도 충전이 필요 없다. 배터리 수명은 방사성 동위원소의 반감기와 비례해 교체 주기가 길지만, 값비싼 소재 사용 및 복잡한 제작 공정 때문에 대량생산이 쉽지 않았다.

안수일 DGIST 교수 연구팀은 기존 베타전지에서 방사선 흡수체로 사용한 값비싼 반도체 물질을 루테늄 계열 ‘N719’ 염료로 대체했다. 여기에 베타선을 방출하는 동위원소인 ‘탄소-14(Carbon-14)’를 적용해 기존 베타전지가 가진 복잡한 구조를 단순화했고 ‘탄소-14’를 나노입자로 만들어 에너지 밀도를 높였다.

연구팀은 성능실험을 통해, 연료감응 배타전지가 베타선원인 ‘탄소-14’에서 방출된 전자 대비 3만2000배 전자를 생성하며 10시간 동안 안정적인 전력을 생산함을 관찰했다고 밝혔다.

베타전지에 사용된 ‘탄소-14’는 약 5730년의 반감기를 지녀, 상용화에 성공할 경우 반영구적인 수명을 가진 배터리가 탄생한다.

인수일 교수는 "이번 연구는 기존 방식과 달리 값싼 염료를 적용해 새로운 베타 전지를 개발했다는 데 큰 의의가 있다"며 "아직 풀어야 할 숙제가 많지만, 후속연구를 통해 안전하고 저렴한 염료 감응 베타 전지가 상용화될 수 있도록 노력하겠다."고 밝혔다.

김동진 기자 communication@chosunbiz.com

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