한국원자력연구원(원장 박원석) 양성자과학연구단 가속기이용연구부 김동석, 윤영준 박사 연구팀이 질화갈륨 기반의 새로운 베타전지 구조를 개발했다.

이번에 개발한 배타전지 구조는 원자력연구원이 보유한 이온빔 기술을 활용해 설계했는데 기존의 전지보다 전력변환효율과 출력을 크게 향상시킬 수 있어 기대를 모으고 있다.

베타전지는 방사성동위원소에서 방출되는 베타선 전자가 반도체에 충돌하며 발생하는 전자-전공 쌍을 이용해 전력을 생산한다.

전자-전공 쌍은 반도체의 PN접합부에서 주로 생성되는데 연구팀은 전력변환효율을 높일 수 있도록 접합부를 마치 블록처럼 서로 맞물리는 형태의 ‘교차형 접합구조’로 설계했다.

또 기판 아래로 빠져나가는 전하 흐름을 차단하기 위해 장벽층을 구성해 누설전력 손실을 감소시켜 전체 출력 전력을 높였다.

‘교차형 접합구조’는 에너지원인 방사성동위원소 가까이 다수의 PN접합 구조 구현이 가능해 기존의 ‘적층형 접합구조’보다 더욱 넓은 전자-전공 쌍 생성 영역을 확보할 수 있다.

이번 연구에서 전력생성 효율을 높이기 위해 제시한 기술 및 설계방식은 기존의 방식과 차별성을 지니고 있어 원자력연구원은 지식재산권 확보를 완료했으며, 향후 새로운 구조의 베타전지를 시작해 성능검증을 거친 후 사용화를 추진할 계획이다.

원자력연구원 가속기이용연구부 이재상 부장은 “새로운 베타전지는 기존의 베타전지보다 고효율에 안정적인 에너지원으로 전원 충전이 어려운 극한환경용 전원기기와 배터리 교체가 어려운 교량, 댐, 터널용 센서 등에 폭넓게 활용할 수 있을 것”이라고 기대감을 표시했다.