비즈니스 기회
차세대 반영구적인 배터리 기술 개발 성공
연구팀이 재충전이 필요 없는 차세대 반영구적인 배터리인 이중 부위 방사성 동위원소 염료 감응 베타볼타 전지를 성공적으로 개발했습니다.
연구팀은 이 기술이 우주, 심해, 헬스케어, 전기차, 드론 등 다양한 분야에서 미래 시장을 주도할 수 있는 관련 소재, 부품, 장비 분야에서 리더십을 확보하는 데 도움을 줌으로써 우리나라의 미래 성장을 견인하는 핵심 기술 중 하나로 활용될 것으로 기대하고 있습니다.
이 연구는 Journal of Power Sources에 게재되었습니다.
사물인터넷(IoT), 사이버물리시스템, 인공지능(AI)으로 대표되는 4차 산업혁명의 성장은 빠르게 탄력을 받고 있습니다. 이러한 급속한 성장은 플랫폼을 가능하게 하는 에너지원으로서 배터리 기술의 중요성을 부각시키고 있지만, 리튬, 니켈 등 원자재 비용 상승, 발열 및 내구성과 관련된 안전 문제 등 현재 상용화된 배터리 기술의 한계로 인해 차세대 배터리 개발의 필요성이 점점 더 커지고 있습니다. 2차 전지의 성능이 제한적입니다.
최근 차세대 배터리로 베타전지에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 베타볼전지는 방사성 동위원소(탄소, 니켈, 수소 등)에서 방출되는 베타선 전자가 방사선 흡수체인 반도체에 부딪혀 전력을 발생시키는 장치입니다. 베타볼전지의 가장 큰 장점은 외부 전원과 교체를 할 필요 없이 스스로 전력을 생산할 수 있고, 방사성 동위원소의 반감기가 길어 반영구적인 수명을 갖는다는 점입니다.
또한 베타전지의 주요 에너지원 역할을 하는 베타선은 감마선보다 인체에 덜 위험하고 안정성이 높습니다. 이러한 장점으로 인해 미국, 중국 등 주요 국가에서 베타볼전지에 대한 많은 연구가 수행되었습니다. 그럼에도 불구하고 재료 비용, 복잡한 제조 공정 및 기술을 포함한 많은 제약 조건으로 인해 셀 개발이 어렵습니다.
이러한 맥락에서 대구경북과학기술연구원(DGIST) 에너지과학공학부 인수일 교수가 이끄는 연구팀은 가격 경쟁력과 고효율을 갖춘 베타전지를 개발하기 위한 연구를 진행했습니다. 이 교수팀은 베타볼전지의 방사선 흡수제로 고가의 반도체 소재를 사용하는 대신, 방사성 동위원소 14-구연산(14CA) 및 이산화 티타늄(TiO2). 루테늄(Ru)기를 보유하는 N719 염료를 활용했습니다.
연구팀은 구연산을 탄소 동위원소 나노입자로 합성하여 에너지 밀도를 높이고, N719 염료와 이산화티타늄 사이에 구연산을 첨가하여 강한 결합을 형성하여 높은 에너지 전환율과 안정성을 달성했습니다.
이 교수팀은 새로 개발한 이중 부위 방사성 동위원소 염료 감응 베타볼타 전지의 성능을 분석했습니다. 분석 결과, 셀은 방출량보다 658,500배 더 많은 전자를 생성하며 100시간 동안 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 것으로 확인되었습니다. 이번 연구팀이 2020년 개발한 베타전지와 비교해 새로 개발된 전지의 전력변환 효율은 6배, 안정성은 10배 증가했다.
대구경북과학기술원(DGIST) 인수일 교수는 "이번 연구는 저렴한 염료를 기반으로 한 새로운 형태의 베타전지 개발에 성공했다는 점에서 의의가 있습니다. 향후 이 기술을 상용화하기 위해 원자력 배터리 양산 설계 및 양산에 대한 후속 연구를 진행해 나갈 것"이라고 말했습니다.
이상의 기사는 2024년 5월 20일 TechXplore에 게재된 “Researchers successfully develop next-gen semi-permanent battery technology”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : https://techxplore.com/news/2024-05-successfully-gen-semi-permanent-battery.html
* 추가정보 출처 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775324003781?via%3Dihub