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[이슈분석]베타전지 5년 이내 상용화된다

발행일2017.06.15 17:57
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한국원자력연구원(KAERI)은 2007년에 국내 처음으로 방사성동위원소를 이용한 초기 수준의 베타전지 연구 결과를 발표했다. 이를 계기로 국내에 베타전지 관심이 촉발됐다.

그로부터 10년이 지났다. KAERI와 한국전자통신연구원(ETRI), 대구테크노파크 나노융합실용화센터는 이달 초 50년 이상 자체 전력 생산이 가능한 베타전지 시제품을 제작했다. 아직 출력은 만족할 수준이 아니지만 국내에서도 베타전지 상용화가 초읽기에 들어갔음을 보여 준 셈이다.

전문가들은 앞으로 5년 이내에 상용화가 가능할 것으로 전망한다. 현재의 베타전지 기술 수준과 상용화된 베타전지가 인류에 가져다 줄 변화를 살펴본다.

Photo Image<극한 환경에서도 수십년간 전력을 자체 생산할 수 있는 베타전지 개발이 눈앞에 다가왔다. 상용화된다면 인류에 변혁을 몰고 올 전망이다. ⓒ게티이미지뱅크>

방사성동위원소는 방사선을 방출하기 때문에 인체에 위험하다고 생각하는 사람이 많다. 막연한 생각이다. 방사선은 제대로만 이용하면 안전하다. 베타전지에 사용하는 방사성동위원소는 얇은 알루미늄과 같은 금속포일만으로도 베타선을 차폐할 수 있다.

베타전지는 리튬이온전지처럼 휴대폰이나 소형 정보기술(IT) 기기에 범용으로 사용하기는 어렵다. 또 방사성 물질을 사용, 원자력안전위원회의 감시 대상이어서 폐기 절차가 까다롭다. 가격도 일반 전지와는 비교할 수 없을 정도로 비싸다.

그러나 베타전지는 수명이 매우 길다. 거의 반영구로 사용할 수 있다고 해도 무방하다. 가격이 비싸고 관리가 까다로운 단점에도 활용 분야는 무궁무진하다.

우선 태양이나 바람 등 외부 구동원 없이 전력을 장시간 안정 생산 할 수 있기 때문에 우주공간이나 심해, 극지, 오지 등 극한 환경에 사용하는 다양한 기기 전원으로 활용할 수 있다.

사람의 손길이 미치지 않는 터널, 교량, 심해, 원자력발전소 내부 등 사회 기반 시설 재난 대응 안전 감지를 위한 센서에 자가 전력 공급원으로 사용하는 것도 유력하다.

Photo Image<ⓒ게티이미지뱅크>

의료 분야에 적용하면 의료서비스 질을 대폭 개선할 수 있다. 인공심장, 맥박 조정기, 치매나 간질 치료용 뇌 자극기 등을 반영구로 사용하게 해 준다. 인공심장이나 심장박동기 등 인체 삽입형 전자의료 기기에는 현재 리튬이온전지를 전원으로 사용하고 있지만 배터리 교체를 위해 5년마다 재수술을 해야 하는 형편이다. 베타전지를 사용하면 배터리 교체 시기를 20년 이상으로 늘릴 수 있다.

우주탐사선에 사용하는 각종 센서 또는 인공위성을 비롯해 해저 지진이나 바다 오염을 측정하는 센서의 전원으로도 적합하다.

이 밖에 미사일 대기 전력, 군사 작전용 센서, 실시간 지각 변동 측정 센서, 매립용 초소형 회로, 무기 보안 시스템, 항공기 블랙박스 등 활용 분야는 무궁무진하다.

KAERI, ETRI, 대구테크노파크 나노융합실용화센터 3개 기관이 공동 개발한 베타전지 시제품은 '니켈(Ni)-63'이라는 방사성동위원소를 사용했다. 니켈-63의 반감기는 100.1년이다. 베타전지를 구성하는 반도체 시스템 수명만 늘릴 수 있으면 전지 수명도 100년까지 늘릴 수 있다는 계산이다.

이번에 개발한 베타전지는 출력이 147㎻ 수준이다. 연내 미국 와이드트로닉스 제품과 비슷한 수준인 1000㎻급으로 개선할 계획이다. 이 정도면 세계 최고 수준이다.

이번 베타전지 개발 연구는 나노융합실용화센터가 총괄해 진행했다. 센터는 베타전지에서 생산한 전력을 에너지 손실 없이 전달하는 저전력 제어 시스템 기술을 개발하고 성능 및 수명 평가법을 특허 등록했다. 생산한 전력을 제어하기 위한 시스템 보드와 전력 손실을 최소화하기 위한 핵심 부품인 나노와트스위치는 기업과 공동으로 개발했다.

KAERI는 니켈-63 베타선원 생산 실증 및 반도체 정밀 접합 기술을 제공했다. KAERI는 니켈-63 전기도금장치, 포일가공설비, 성능검사장비 등 시제품 생산을 위한 기반 설비를 국산화했다.

ETRI는 탄화규소(SiC)를 기반으로 한 고효율 에너지 흡수체를 개발한 데 이어 반도체 성능을 높이고 수명을 연장시키는 연구를 진행하고 있다.

산업통상자원부 산업원천기술개발사업 지원으로 개발된 이번 베타전지 개발에는 맨텍, 아바코, 포항산업과학연구원, 경기대, 가천대, 한양대 등이 참여했다.

최정건 대구테크노파크 나노융합실용화센터장은 “베타전지를 상용화하면 국방, 의료, 항공우주, 산업계 등 광범위한 분야에서 전원을 사용하는 기기와 설비 라이프사이클을 대폭 바꿔서 우리 삶 전체에 적지 않은 변화를 가져올 것”이라면서 “베타전지를 시작으로 우리나라가 부가 가치가 높은 장수명의 배터리 시장을 선점할 수 있다”고 전망했다.


[베타전지 적용 분야]

[이슈분석]베타전지 5년 이내 상용화된다

정재훈기자 jhoon@etnews.com

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