▲ 베타전지 시제품 사진.

국내 연구진이 극지, 심해, 우주 등 극한 환경에서도 장기간 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 ‘베타전지’(Betavoltaic battery)를 개발하는데 성공했다.

한국원자력연구원(원장 하재주)은 대구테크노파크 나노융합실용화센터(센터장 최정건), 한국전자통신연구원(원장 이상훈)과 함께 극지, 심해, 우주 등 극한 환경에서도 장기간 전력 생산이 가능한 베타전지를 공동 개발했다고 지난 1일 밝혔다.

베타전지는 ‘방사성동위원소’의 에너지를 전력으로 변환시키는 장치로 태양, 바람 등 외부동력원 없이 자체적으로 전력을 생산하며, 극저온, 고온 등의 환경에서도 안정적으로 전력 생산이 가능한 것이 특징이다.

연구진이 개발한 베타전지는 방사성동위원소인 Ni(니켈)-63 베타선원에서 방출되는 전자를 반도체에 충돌시켜 생성되는 전력을 사용하며, 별도의 충전 및 교체 없이도 전지의 수명이 50년 이상 유지된다.

또한 단위질량당 에너지밀도가 높아 적은 양으로 많은 양의 에너지를 생산해낼 수 있어, 인공심장 등 인체 삽입형 의료기기 분야에 활용할 경우 기존 기기의 수명을 5년에서 20년 이상으로 늘릴 수 있을 것으로 예상된다.

베타전지는 한국원자력연구원의 Ni-63 베타선원 생산실증 및 반도체 정밀접합 기술, 대구테크노파크 나노융합실용화센터의 저전력제어시스템, 한국전자통신연구원의 SiC 기반 고효율 에너지흡수체 등 각 참여기관별 우수 연구성과 및 협력의 결과물이며, 연구진은 현재 시제품 제작을 완료한 데 이어, 출력 전력을 보다 더 향상시키기 위한 추가 기술을 개발하고 있다.

해외에서는 미국이 정부의 지원을 통해 십수년전부터 베타전지 개발을 추진해왔으며, 러시아 또한 국영회사 ROSATOM(로사톰)을 통해 Ni-63 기반의 베타전지를 2년 내 생산할 것이라고 지난 2016년 밝힌 바 있다.

손광재 한국원자력연구원 동위원소연구부 책임연구원은 “방사성동위원소는 전통적으로 의료 및 산업응용 분야에 주로 활용되었으나, 이번 연구를 통해 그 활용분야를 첨단 에너지원으로까지 확대했다는 데 의미가 있다”고 밝혔다.

최병건 한국전자통신연구원 책임연구원은 “이번에 개발한 베타전지 기술은 원자력연구원과 전자통신연구원이 보유한 핵심기술이 융합된 것으로서, 새로운 융합연구 분야를 창출한 좋은 사례”라고 말했다.

이 사업을 총괄해온 이성호 대구테크노파크 팀장은 “상용화가 완성되면 초소형 전원, 특수목적용 저전력원 등 분야에도 활용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 상용화 기술개발을 위한 정부의 더욱 많은 관심과 지원을 희망한다”고 밝혔다.

한편, 연구는 지난 2012년부터 올해까지 진행 중인 산업부 산업융합원천기술개발사업의 일환으로 진행됐다.