[한국기술뉴스]

DGIST 에너지공학전공 인수일 교수 연구팀은 고효율의 에너지를 안정적으로 생산할 수 있는 염료감응 베타전지를 개발했다. DGIST 산학협력단을 통해 2019년 12월 27일 특허를 출원(출원번호 제1020190176784호)했다. 특허 명칭은 '베타전지용 탄소전극, 이를 포함하는 베타전지 및 이의 제조방법’이다. 산학협력단은 특허가 산업에서 활용될 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

베타전지는 방사성동위원소로부터 방출되는 베타선을 방사선 흡수체를 통해 전기에너지로 변환하여 외부 동력원 없이 자체적으로 전력을 생산할 수 있는 전지입니다. 실생활에서 사용되는 화학전지는 동작 시간에 한계와 배터리 교체 또는 충전에 따른 불편함과 제약이 존재하지만 베타전지는 극한 환경 속에서도 50년 이상 안정적으로 전력을 생산할 수 있습니다. 이는 화학전지를 대체할 수 있을 뿐만 아니라 극지와 심해, 우주 등 충전이 어려운 환경에서도 사용할 수 있습니다. 기존의 PN 접합 반도체를 사용하는 베타전지는 베타선원과 방사선 흡수체 부분이 직접 접촉하는 구조로 이루어져 있습니다. 이로 인해 장기간 사용 시 베타전자가 충돌하는 과정에서 흡수체에 결함이 발생하고 전류 손실이 발생할 수 있습니다.

DGIST 연구팀은 베타선원의 방사선 흡수체로써 반도체가 아닌 염료를 도입하여 새로운 베타전지인 ‘염료감응 베타전지’를 발명했습니다.

에노드는 루테늄계 염료를 이산화티타늄 전극에 흡착시킴으로써 만들어집니다. 캐소드는 방사성 동위원소를 베타선원으로 사용합니다. 이후 두 전극을 조립하여 베타전지를 제작합니다. 제작한 베타전지의 캐소드는 나노 크기의 양자점 탄소로 구성되어 방사선 에너지의 밀집도를 크게 향상시킵니다. 또한, 반도체가 아닌 류테늄계 염료를 적용함으로써 투입된 에너지 대비 생성되는 전자의 수를 증폭하는 특성을 가집니다. 그 결과 염료감응 베타전지는 높은 효율을 보여줍니다.

개발한 염료감응 베타전지는 높은 에너지를 긴 시간 동안 안정적으로 생산할 수 있습니다. 이는 독립전원 전지의 역할을 수행할 수 있으며 인체 삽입형 의료기기 및 극한 환경에서도 유용하게 사용할 수 있을 것으로 기대됩니다.