충전 없이 50년 쓴다…전기연, '베타전지' 국내 첫 실증[과학을읽다] 작성일 07-26 29 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">니켈-63·탄화규소 반도체 결합해 실제 전력 생산<br>우주·심해·국방 무인센서용 초장수명 전원 기대</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="HCRgICOca1"> <p contents-hash="6c20ef44bcdfcfd7d5243ac332fce37876d9b9835d954263dbf40cbd123b0a96" dmcf-pid="XheaChIkc5" dmcf-ptype="general">충전이나 교체 없이 50년 이상 극소량의 전력을 꾸준히 생산할 수 있는 '베타전지'가 국내에서 처음으로 실증됐다. 햇빛이 닿지 않고 사람이 접근하기 어려운 우주·심해·극지의 무인센서용 전원으로 활용될 가능성이 기대된다.</p> <div contents-hash="f058e9c4d9cbe14f8951d0d43fe6d3f26a1ce1ec1e690d61de9b6a43d9e57e49" dmcf-pid="ZldNhlCEoZ" dmcf-ptype="general"> <p>한국전기연구원(KERI)은 차세대반도체연구센터 서재화 박사팀이 윤영준 국립경국대 교수팀과 공동으로 탄화규소(SiC) 반도체 기반 베타전지를 제작해 실제 전력 생산과 저전력 발광다이오드(LED) 구동에 성공했다고 24일 밝혔다.</p> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="b53b226ee71ef535b383680928eb8470cfde09f3fd9b7b6b2cc33eb5fbd0bc20" dmcf-pid="5SJjlShDoX" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="KERI가 국내 최초로 개발·실증한 SiC 반도체 기반 베타전지 시제품. KERI 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/26/akn/20260726120248458icyv.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="Ykb6aNgRjF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/26/akn/20260726120248458icyv.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> KERI가 국내 최초로 개발·실증한 SiC 반도체 기반 베타전지 시제품. KERI 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="093d95d11ca2bf3f966ab34bbd3082cd5f2ce7f12d60a32a7e88606bc2e16e2f" dmcf-pid="1viASvlwkH" dmcf-ptype="general">베타전지는 방사성동위원소가 붕괴하면서 방출하는 전자인 '베타선'을 반도체로 흡수해 전기로 바꾸는 장치다. 빛을 전기로 바꾸는 태양전지와 원리는 비슷하지만 햇빛 대신 방사성 물질을 에너지원으로 사용한다.</p> <p contents-hash="fdec813ed04184f3c62f44b6ef6359ceca7715da7b88b2a1d7c4a73d41e7d7c6" dmcf-pid="tTncvTSrgG" dmcf-ptype="general">출력은 일반 배터리보다 매우 작지만 수십 년 동안 별도의 충전이나 교체 없이 전력을 공급할 수 있다는 것이 장점이다. 우주 탐사선과 심해 장비, 지하·국방 무인 감시센서 등 유지·보수가 어려운 장비의 전원으로 활용될 수 있다.</p> <p contents-hash="7fbaa5604f61bb9276f414a7022a178339c2602db0998f6a3c0b7af0a1843d55" dmcf-pid="FyLkTyvmkY" dmcf-ptype="general">연구팀은 기존 실리콘보다 열과 방사선에 강한 탄화규소를 반도체 소재로 사용했다. 베타선을 전력으로 전환하는 효율을 높이기 위해 양극과 음극 사이에 불순물이 거의 없는 반도체층을 배치하는 'p-i-n 다이오드' 구조도 적용했다.</p> <p contents-hash="a885aaa5db5e7ff148cb5117cc04718be049f4c3025cdd302b6ebd4667905d47" dmcf-pid="3WoEyWTsoW" dmcf-ptype="general">가장 큰 과제는 실제 방사성 물질을 이용한 성능 검증이었다. 연구팀은 안전 기준을 거쳐 베타선을 방출하는 니켈-63(Ni-63)을 확보하고, 베타전지의 출력을 측정할 수 있는 전용 설비를 국내 최초로 구축했다.</p> <p contents-hash="1c22cd7cbbd25462ad76f023c0a7a03f65464717b0697e36d16607e7751ea46f" dmcf-pid="0YgDWYyOgy" dmcf-ptype="general">연구팀은 탄화규소 반도체와 니켈-63을 결합해 전력이 발생하는 것을 확인하고, 생산된 전력으로 저전력 LED를 켜는 시제품을 제작했다. 측정된 출력은 과거 국내에서 보고된 실험 결과보다 6만배 이상 높은 수준이라고 연구원은 설명했다.</p> <p contents-hash="43de0497b9f4e5731b7dd7e0b8f26147d0ed9dbbcb13f63d58bea515ace7c501" dmcf-pid="pGawYGWIoT" dmcf-ptype="general"><strong><strong><strong>실제 소자 제작부터 우주 방사선 시험까지</strong></strong></strong></p> <p contents-hash="035b2cbecd8ba3ade14dc7a813969525011b26d605db4f11a5089aad443650cb" dmcf-pid="U8H048fzov" dmcf-ptype="general">방사성 물질을 반도체 표면에 얇고 균일하게 입히는 이상적인 조건에서는 1㎠당 0.85밀리와트(㎽), 단위 셀당 20마이크로와트(㎼) 이상의 전력을 생산할 수 있는 것으로 분석됐다. 이는 기존 국내 단위 셀 출력 목표치보다 4200배 이상 높은 수준이다.</p> <p contents-hash="1f503beb53c3a962100f87ebd4a0569e5db0bbdbd4031695757a704ffaa3c92e" dmcf-pid="u6Xp864qjS" dmcf-ptype="general">니켈-63의 반감기는 약 100년이다. 연구팀은 방사성동위원소의 수명과 출력 저하 특성을 고려할 때 초저전력 장비를 50년 이상 작동시킬 수 있으며, 설계 조건에 따라 이론적으로는 최대 100년가량 전력 생산이 가능할 것으로 보고 있다.</p> <p contents-hash="301bdf457c97b17e9b00a7639ccfe0f8997fe8c6bffc5430c5997b29e3c926a2" dmcf-pid="7PZU6P8Bal" dmcf-ptype="general">연구팀은 인공지능(AI)을 이용한 출력 예측 모델도 개발했다. 실제 베타전지의 출력과 전압을 98~99%의 정확도로 예측해 소자 구조와 재료를 최적화하는 데 걸리는 시간을 줄일 수 있다는 설명이다.</p> <div contents-hash="412d4b813cc8e611d2953bffd6cfd0429775f0855b4b900861309c0b58eece64" dmcf-pid="zQ5uPQ6boh" dmcf-ptype="general"> <p>우주 환경에서의 내구성을 확인하기 위해 15메가전자볼트(MeV)급 고에너지 양성자를 베타전지에 조사하는 시험도 진행했다. 연구팀은 강한 우주 방사선에 노출됐을 때 전지의 성능이 어떻게 저하되는지를 정량적으로 측정해 우주 임무 적용을 위한 신뢰성 자료를 확보했다.</p> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="41b8609d497ac62f65b5d470a0440c38df5a408d6ee85024471e4b6f1dceede1" dmcf-pid="qx17QxPKcC" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="서재화 KERI 박사가 SiC 반도체 기반 베타전지를 국내 최초로 실증했다. KERI 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/26/akn/20260726120249750xfht.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="Gh7VnLiPgt" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/26/akn/20260726120249750xfht.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 서재화 KERI 박사가 SiC 반도체 기반 베타전지를 국내 최초로 실증했다. KERI 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="3c64c93f9e5941cda751a522ab2934c5b6e31242a846fc8adf1eb7d1c4c37aac" dmcf-pid="BMtzxMQ9AI" dmcf-ptype="general">서재화 KERI 박사는 "베타전지는 전기차 배터리처럼 큰 출력을 내는 장치가 아니라 사람이 접근하기 힘든 곳에서 수십 년 동안 작은 전력을 안정적으로 공급하는 전원"이라며 "에너지를 모았다가 일정한 주기로 신호를 보내는 국방 무인 감시센서나 우주·심해 비상 신호기 등에 활용할 수 있다"고 말했다.</p> <p contents-hash="235c59ec9169be30d13e1a73605bc1fbb7cce33d1b64332d4b12147f5d881047" dmcf-pid="bRFqMRx2oO" dmcf-ptype="general">윤영준 국립경국대 교수는 "컴퓨터 모의실험이나 기초 연구를 넘어 실제 소자 제작과 측정, 시제품 실증, AI 기반 설계 예측까지 수행했다는 데 의미가 있다"고 설명했다.</p> <p contents-hash="357caad335d30cce1a6292889fa1f67bc697f1c5b6754fcdf0ca2a4f798074b9" dmcf-pid="Ke3BReMVcs" dmcf-ptype="general">연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 '인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치(International Journal of Energy Research)'에 게재됐다. 연구팀은 관련 특허 출원을 마쳤으며 우주항공과 방위산업, 원전·방사선 안전 감시, 원격 센서 분야 기업들과 기술이전과 공동 제품 개발을 추진할 계획이다.</p> <p contents-hash="6dbef889b1e23ba339dd6a9f51774540c89caedcc564bec1ef878b63474633f3" dmcf-pid="9d0bedRfom" dmcf-ptype="general">김종화 기자 justin@asiae.co.kr</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아시아경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 AI가 바다 읽어 기후 예측한다…KIST "200일 해양예측 AI 개발" 07-26 다음 스마트인재개발원·에이아이엠엑스, 딥엑스와 '국산 NPU 개발자' 생태계 구축 07-26 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
