충전 없는 배터리 시대 앞당긴다···'염료감응 베타전지' 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 값싼 염료를 사용해 대량생산하기 쉽고, 안정성이 높아 우주와 같은 극한 환경에서 활용할 수 있는 전지를 만들 가능성을 제시했다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 인수일 에너지공학전공 교수 연구팀이 별도 충전 없이 반영구적으로 사용 가능한 ‘염료감응 베타전지’를 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀이 개발한 염료감응 베타전지 사진.<사진=대구경북과학기술원>

전기차, IoT(사물인터넷) 등의 기술이 발전하며 다양한 용도의 배터리 수요가 높아지고 있다. 기존 배터리는 수명이 짧기 때문에 이를 해결하기 위한 베타전지 연구가 주목받고 있다.

베타전지는 차세대 전지 중 하나로 방사성 동위원소를 원료로 이용한다. 방사성 동위원소에서 방출한 베타전자가 방사선흡수체인 반도체에 충돌하면서 전기를 생산한다.

베타선은 인체 유해성이나 투과도가 낮아 안전성이 높다. 또 외부 동력원 없이 자체 전력을 생산해 별도 충전이 필요 없다. 수명은 방사성 동위원소의 반감기와 비례해 교체 주기가 길다는 장점도 있다. 하지만 값비싼 소재를 사용해야 하고, 제작 공정이 복잡해 대량생산에 한계가 있었다.

연구팀은 기존 베타전지에서 방사선흡수체로 사용한 값비싼 반도체 물질을 백금족 금속의 일종인 루테늄 계열의 ‘N719’ 염료로 대체했다. 이어 베타선을 방출하는 동위원소인 ‘탄소-14’를 적용해 기존 베타전지가 지닌 복잡한 구조를 단순화하고, ‘탄소-14’를 나노입자로 만들어 에너지 밀도를 높였다.

연구팀이 전지 성능을 실험한 결과, 베타선원인 ‘탄소-14’에서 방출된 전자 대비 3만 2000배의 전자를 생성하며 10시간 동안 안정적인 전력을 생산했다. 베타전지에 사용된 ‘탄소-14’는 약 5730년의 반감기를 지녔기 때문에 상용화에 성공하면 반영구적인 수명을 가질 수 있다.

인수일 교수는 “기존 방식과 달리 값싼 염료를 적용해 새로운 베타전지를 개발했다”며 “아직 풀어야 할 숙제가 많지만 안전하고 저렴한 염료감응 베타전지 개발에 노력하겠다”고 말했다.

연구 결과는 화학 분야 국제학술지 ‘케미컬 커뮤니케이션(Chemical Communications)’ 52호에 지난 4일자 표지논문으로 게재됐다.