햇빛 없이 50년 이상 전기 생산…KERI, SiC 베타전지 국내 첫 실증

햇빛이 닿지 않고 사람이 자주 찾아가기 어려운 곳에서도 50년 이상 전기를 만들 수 있는 초장수명 전원이 국내에서 처음 실증됐다.

한국전기연구원(KERI)은 차세대반도체연구센터 서재화 박사 연구팀이 국립경국대학교 윤영준 교수 연구팀과 공동으로 탄화규소(SiC) 반도체 기반 베타전지를 국내 최초로 실증했다고 밝혔다.

베타전지는 방사성 물질에서 자연적으로 나오는 베타선을 반도체가 흡수한 뒤 전기로 바꾸는 차세대 전원이다. 햇빛을 받아야 작동하는 태양광 발전과 달리 빛이 없는 환경에서도 안정적으로 전력을 생산할 수 있으며, 충전하거나 전원을 자주 교체하기 어려운 장비에 활용할 수 있다.

연구팀은 전지의 핵심 소재로 탄화규소를 선택했다. 탄화규소는 기존 실리콘보다 열과 방사선에 강한 반도체 소재다. 높은 열과 방사선에 노출될 수 있는 우주, 심해, 극지, 원전 주변과 같은 극한 환경에서 장기간 작동하는 전원을 만드는 데 적합하다.

전력 변환 효율을 높이기 위해 p-i-n 다이오드 구조도 설계했다. p-i-n 다이오드는 서로 다른 성질의 반도체 층 사이에 전기적 특성을 조절하는 층을 둔 구조다. 연구팀은 이 구조와 탄화규소를 결합해 독자적인 원천 소자를 개발했으며, 국내 최고 수준의 출력 성능을 구현했다.

베타전지는 우주 탐사선과 심해 장비를 비롯해 국방 감시 센서, 원전 모니터링 장치처럼 오랜 기간 사람의 접근이 어려운 곳에서 작동해야 하는 장비에 적용할 수 있다. 충전이나 교체 없이 수십 년 동안 전기를 생산할 수 있다는 점이 핵심이다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘International Journal of Energy Research’에 게재됐다. 이 학술지는 JCR 기준 상위 3.6%, 해당 분야 2위에 해당한다.

자료: 한국전기연구원