DGIST, 반영구적 차세대 배터리 기술 개발…충전 없이 수십 년 사용 가능

DGIST 에너지공학과 인수일 교수팀.

대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 인수일 교수팀<사진>이 충전이 필요 없는 반영구적 차세대 배터리인 ‘양방향 탄소동위원소 염료감응 베타전지’를 개발했다.

연구팀은 이번에 개발한 기술이 우주, 심해, 의료, 전기차, 드론 등 다양한 방면에서 미래 시장 선도를 위한 관련 소재, 부품, 장비의 주도권 확보로 국가 미래 먹거리의 핵심기술로 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

현재 상용화 중인 배터리 기술은 한계가 존재해 차세대 배터리 개발의 필요성이 대두되고 있다.

이에 인 교수팀은 가격 경쟁력과 높은 효율을 갖는 베타전지 개발을 위한 연구를 수행했다. 연구팀은 베타전지에서 방사선흡수체로 활용되는 값비싼 반도체 물질 대신 루테늄(Ruthenium; Ru) 계열의 ‘N719 염료’와 ‘방사선동위원소 시트르산(14-Citric acid; 14CA)’, 그리고 ‘이산화타이타늄(Titanium dioxide; TiO2)’을 활용했다.

시트르산을 탄소동위원소 나노입자로 합성해 에너지 밀도를 높이고, N719 염료와 이산화타이타늄 사이에 시트르산을 추가해 강한 결합을 형성해 높은 에너지 전환과 안정성을 확보했다.

연구팀은 새로 개발한 ‘양방향 탄소동위원소 염료감응 베타전지’에 대한 성능 분석을 진행했다. 분석 결과, 방출하는 전자 대비 6만5850배의 전자를 생성하며, 100시간 동안 안정적으로 전력을 생산하는 것으로 확인했다. 2020년에 연구팀에서 개발한 베타전지와 비교하면, 전력변환효율이 6배, 안정성이 10배 상승했다.

DGIST 인수일 교수는 “이번 연구를 통해 값싼 염료를 적용한 새로운 형태의 베타전지를 개발했다는 점에 의의가 있다”며 “향후 기술 상용화를 위해 원자력전지의 양산설계 및 대량생산 관련 후속 연구를 하겠다”고 밝혔다.

/김재욱기자 [e-mail]