원자력연, 고효율 베타전지 구현 앞당길 기술 선보여

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구팀이 이온빔 기술을 활용한 베타전지 성능향상 구조를 만들어 고효율 배터리를 만들 가능성을 높였다.

한국원자력연구원은 김동석·윤영준 양성자과학연구단 가속기이용연구부 박사 연구팀이 질화갈륨 기반의 새로운 베타전지 구조를 개발했다고 8일 밝혔다.

질화갈륨 기반 베타전지 소자 시제품.(사진=한국원자력연구원)

베타전지는 방사성동위원소에서 방출되는 베타선 전자를 전력으로 변환하는 배터리이다. 태양, 바람 등 외부동력원 없이 자체적으로 전력을 생산할 수 있고, 별도로 재충전하거나 교체과정 없이 오랜 기간 사용할 수 있다. 따라서 우주와 극지, 심해 등 극한 환경에서 사용되는 전자기기, 인체삽입형 의료기기에 활용할 차세대 전원으로 관심을 받고 있다.

연구팀은 이온빔 기술을 활용해 베타전지 구조를 설계하고, 기존 전지보다 전력 변환 효율과 출력을 높였다.

베타전지는 방사성동위원소에서 방출되는 베타선 전자가 반도체에 충돌하며 발생하는 전자·정공 쌍을 이용해 전력을 생산한다. 전자·정공 쌍은 반도체의 PN접합부에서 주로 생성되는데, 연구팀은 전력 변환 효율을 높이도록 ‘교차형 접합 구조’로 설계했다. 기판 아래로 빠져나가는 전하 흐름을 차단하기 위해 장벽층을 구성해 누설 전력 손실을 줄여 전체 출력 전력을 높였다.

연구팀은 전력 생성 효율을 높이기 위해 제시한 기술과 설계 방식에 대한 지식재산권도 확보했다. 앞으로 새로운 구조의 베타전지를 만들어 성능 검증을 거쳐 상용화를 추진할 계획이다.

이재상 가속기이용연구부장은 “새로운 베타전지는 기존 베타전지보다 효율이 높고, 안정적인 에너지원”이라며 “전원 충전이 어려운 극한환경용 전자기기와 배터리 교체가 어려운 교량, 댐, 터널용 센서에 활용할 수 있다”고 했다.

연구 결과는 원자력 분야 국제 학술지인 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치’에 게재됐다.