[그린포스트코리아 김동수 기자] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학전공 인수일 교수 연구팀이 별도의 충전 없이 반영구적으로 사용 가능한 ‘염료감응 베타전지(Dye-Sensitized Betavoltaic Cell)’를 최초 개발했다.

이번에 개발한 전지는 값싼 염료를 사용해 대량생산이 쉬울 뿐 아니라 높은 안정성을 갖췄다. 향후 우주와 심해 같은 극한 환경이나 의료분야에 활용될 것으로 기대된다.

최근 전기차와 IoT(사물인터넷) 등의 기술수요가 급증하면서 다양한 용도의 배터리 수요가 높아지고 있다. 특히, 기존의 배터리가 가진 짧은 수명을 해결하기 위해 베타전지 연구가 세계적으로 활발히 진행 중이다.  

베타전지는 방사성 동위원소를 원료로 이용하는 차세대 전지 중 하나다. 방사성 동위원소에서 방출된 베타전자가 방사선흡수체인 반도체에 충돌하면서 전기가 생산된다.

베타선은 인체 유해성 및 투과도가 낮아 높은 안전성을 가진다. 또한 외부 동력원 없이 자체 전력 생산이 가능해 별도의 충전이 필요 없다. 수명은 방사성 동위원소의 반감기와 비례하기 때문에 교체 주기가 길다. 이러한 장점들로 미국과 러시아 등 세계 주요 국가들 위주로 활발한 연구가 진행 중이다. 하지만 값비싼 소재 사용 및 복잡한 제작 공정 때문에 대량생산이 쉽지 않은 상황이었다.

인수일 교수 연구팀은 기존 베타전지에서 방사선 흡수체로 사용된 값비싼 반도체 물질을 루테늄2 계열의 ‘N719’ 염료로 대체해 해결했다. 루테늄은 전이금속으로 백금족 금속의 하나다. 또한 베타선을 방출하는 동위원소인 ‘탄소-14(Carbon-14)’를 적용해 기존 베타전지가 가진 복잡한 구조를 단순화했고 ‘탄소-14’를 나노입자로 만들어 에너지 밀도를 높였다. 

인수일 교수는 “이번 연구는 기존 방식과는 달리 값싼 염료를 적용하여 새로운 베타전지 개발에 성공했다는데 큰 의의가 있다”며 “아직 풀어야 할 숙제가 많지만 안전하고 저렴한 염료감응 베타전지 개발에 노력하겠다”고 밝혔다. 

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘케미칼 커뮤니케이션스(Chemical Communications)’ 52호에 7월 4일 자 표지 논문으로 게재됐다.

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