- 전기硏 서재화 박사팀, ‘초장수명 SiC 반도체 전원 플랫폼’ 실증 서재화 박사가 SiC 반도체 기반 베타전지를 들어 보이고 있다.[한국전기연구원 제공] [헤럴드경제=구본혁 기자] 한국전기연구원(KERI) 차세대반도체연구센터 서재화 박사팀이 우주와 극지, 심해 등 극한 환경에서 충전이나 교체 없이 50년 이상 스스로 전기를 생산하는 ‘탄화규소(SiC) 반도체 기반 베타전지’를 개발했다고 26일 밝혔다. 베타전지는 방사성 물질에서 자연스럽게 나오는 전자(베타선)를 반도체가 흡수해 전기로 바꾸는 차세대 전원 장치다. 빛을 받아 전기를 만드는 태양전지와 비슷하지만, 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. 하지만 기존 기술은 전기를 모으는 효율이 낮았고, 국내에는 방사성 물질을 안전하게 다루며 성능을 잴 수 있는 기반 시설이 부족해 기술 실증에 큰 제약이 따랐다. KERI는 이러한 한계를 넘기 위해 기존 실리콘 반도체보다 열과 방사선에 훨씬 강한 차세대 소재인 ‘탄화규소(SiC)’를 핵심 소재로 선택했다 모바일 신규 릴게임 . 여기에 방사선을 전기로 바꾸는 효율을 최고로 끌어올릴 수 있도록, 반도체 구조를 최적으로 설계(p-i-n 다이오드 구조 방식)해 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 전력 활성면적 환산 기준 약 160 uW/cm2를 생성, 이 전기로 저전력 LED 빛을 밝히는 시제품까지 완성했다. 이는 방사성 물질(Ni-63)의 수명 특성을 고려할 때, 아주 적은 전력을 필요로 하는 기기에서 전지 교체 없이 50년 이상 작동할 수 있는 가능성을 입증한 것이다. 국내 최초로 개발·실증한 SiC 반도체 기반 베타전지 시제품.[한국전기연구원 제공] 또한 이 출력 성능은 과거 국내에 보고된 실험 결과보다 무려 6만 배 이상 향상된 수치로, 국내 역사상 최고 수준이다. 손오공릴게임 또한 방사성 물질을 반도체 표면에 빈틈없이 얇고 고르게 바르는 방식을 적용할 경우, 0.85 mW/cm²의 출력전력 밀도와 단위 셀 기준 20 μW(20 마이크로와트) 이상의 전력 발생이 가능하다는 것도 입증했다. 사용된 니켈-63의 수명을 고려하면 이론상 최대 100년까지도 구동할 수 있는 엄청난 에너지 규모로, 전지의 크기를 키우고 여러 개를 쌓는 집적화 공정이 더해지면 해외 선도기업들의 상용화 제품과도 충분히 경쟁할 수 있는 원천 기술력을 확보한 셈이다. 서재화 박사는 “베타전지는 우주, 심해 등 가혹한 환경에서 수십 년 동안 사용할 수 있는 전원”이라며 “평소에는 극도로 적은 전력만 쓰며 에너지를 모았다가 주기적으로 신호를 보내는 국방 무인 감시 센서나 우주, 심해의 비상 신호기(Beacon)를 50년 이상 스스로 작동하게 만드는 핵심 동력이 될 것”이라고 전했다. 연구팀은 이번에 확보한 베타전지 제조 기술과 측정 기반을 바탕으로, 관련 특허 출원을 마쳤다. 향후 우주항공, 방위산업, 원전 및 방사선 안전 감시, 원격 센서 분야의 기업들과 적극적으로 협력해 기술이전 및 공동 제품 개발에 나설 계획이다. 이번 연구성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치’에 게재됐다. 0년 이상 작동할