대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 인수일 교수 연구팀이 외부 충전 없이 장기간 작동 가능한 고성능 차세대 베타전지 개발에 성공했다고 DGIST가 7일 밝혔다. 이번 무충전 베타전지 개발 성공으로 인공지능(AI) 및 모빌리티 기술에 적용 가능성을 높였다는 평가를 받고 있다.
최근 AI, 사물인터넷(IoT), 우주 탐사 기술이 빠르게 발전하면서 극한 환경에서도 유지보수 없이 장기간 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 차세대 에너지원에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나 기존 리튬이온 배터리는 수명이 제한적이고 화재 위험이 있으며, 주기적인 충전과 교체가 필요하다는 한계가 있었다.
이러한 한계를 극복할 대안으로 주목받는 베타전지는 방사성 동위원소가 붕괴하면서 방출하는 베타선(전자)을 전기에너지로 변환하는 장치다. 외부 전력 공급 없이 자체적으로 전력을 생산할 수 있고, 동위원소의 반감기에 따라 매우 긴 수명을 확보할 수 있으며, 방사선 관리 또한 가능한 수준이라는 장점이 있다. 다만 기존 베타전지는 방사선 흡수체 소재의 낮은 에너지 변환 효율로 인해 상용화에 어려움을 겪어왔다.
DGIST 인수일 교수 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 방사성 동위원소인 탄소-14(Carbon-14) 나노입자를 베타선원으로 적용하고, 방사선 흡수체로 페로브스카이트 소재를 도입했다.
특히 연세대 화공생명공학과 박종혁 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 개발한 베타전지는 10.79%의 에너지 변환 효율을 기록했다. 이는 기존 페로브스카이트 기반 베타전지의 최고 보고 효율(약 1.83%) 대비 약 6배 향상된 수치로, 15시간 이상의 연속 구동 시험에서도 성능 저하 없이 안정적인 전력 출력을 유지함을 확인했다.
DGIST 인수일 교수는 "이번 연구를 통해 이론적 가능성에 머물렀던 고효율 베타전지 구현을 실험적으로 입증했다. 인체 삽입형 의료기기, 우주 탐사 장비, AI 기반 자율 모빌리티 등 배터리 교체가 어려운 분야의 핵심 전력원으로 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 DGIST 일반사업, 과학기술정보통신부 차세대 동위원소전지 핵심소재기술 고도화 사업, 4대 과학기술원 InnoCORE 사업, 한국연구재단(NRF) 개인기초연구사업(중견연구)의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 에너지·탄소 전환 분야 국제 학술지 'Carbon Energy(IF 24.2)'에 온라인 게재됐다.
