극한 우주 등에서 충전 없이 50년 이상 사용 '베타 전지' 국내 실증

전기연 연구팀, 방사성동위원소 활용 ‘초장수명 SiC 반도체 전원 플랫폼’ 선보여 [아이뉴스24 정종오 기자] 한국전기연구원(KERI) 차세대반도체연구센터 서재화 박사팀이 국립경국대 윤영준 교수팀과 공동 연구를 통해 우주와 극지 등 극한 환경에서 충전이나 교체 없이 50년 이상 스스로 전기를 만드는 '탄화규소(SiC) 반도체 기반 베타전지'를 실증했다.베타전지는 방사성 물질에서 자연스럽게 나오는 전자(베타선)를 반도체가 흡수해 전기로 바꾸는 차세대 전원 장치다. 빛을 받아 전기를 만드는 태양전지와 비슷하다. 태양 대신 방사성 물질을 에너지원으로 삼는다.햇빛이 전혀 닿지 않는 우주, 깊은 바다, 땅속 국방 감시 환경 등에서도 날씨와 온도에 상관없이 아주 오랫동안 안정적으로 전력을 공급할 수 있다. 기존 기술은 전기를 모으는 효율이 낮았다. 국내에는 방사성 물질을 안전하게 다루며 성능을 잴 수 있는 기반 시설이 부족해 기술 실증에 큰 제약이 따랐다.국내 연구팀이 우주와 극지 등 극한 환경에서 충전이나 교체 없이 50년 이상 스스로 전기를 만드는 '탄화규소(SiC) 반도체 기반 베타전지'를 실증했다. [사진=전기연]KERI는 이러한 한계를 넘기 위해 기존 실리콘 반도체보다 열과 방사선에 훨씬 강한 차세대 소재인 '탄화규소(SiC)'를 핵심 소재로 선택했다. 여기에 방사선을 전기로 바꾸는 효율을 최고로 끌어올릴 수 있도록 반도체 구조를 최적으로 설계(p-i-n 다이오드 구조 방식)하여 독자적인 원천 소자를 만드는 데 성공했다.원천 기술 확보를 마친 연구팀은 가장 큰 산이었던 실제 방사성 물질 실증에 돌입했다. 까다로운 안전 기준을 통과해 실제 베타선 원료인 ‘니켈-63(Ni-63)’을 확보하고 국내 최초로 전용 측정 설비를 구축했다.이를 바탕으로 반도체와 방사성 물질을 결합한 결과, 실제 전력이 만들어지는 것을 확인했다. 이 전기로 저전력 LED 빛을 밝히는 시제품까지 완성했다. 이는 방사성 물질(Ni-63)의 수명 특성을 고려할 때 아주 적은 전력(동전형 리튬전지 수준)을 필요로 하는 기기에서 전지 교체 없이 50년 이상 작동할 수 있는 가능성을 입증한 것이다.이 출력 성능은 과거 국내에 보고된 실험 결과보다 무려 6만 배 이상 향상된 수치로, 국내 역사상 최고 수준이다.나아가 방사성 물질을 반도체 표면에 빈틈없이 얇고 고르게 바르는 이상적 방식을 적용할 경우 0.85 mW/cm²(제곱센티미터당 0.85 밀리와트)의...