원자력연, 베타전지 성능향상 구조 개발…교량·댐·터널용 센서 활용 기대

연구원 보유 이온빔기술 활용 질화갈륨 기반 베타전지 소자 시제품 예시(제공:원자력연)© 뉴스1
(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 한국원자력연구원(이하 원자력연)은 양성자과학연구단 가속기이용연구부 김동석·윤영준박사 연구팀이 질화갈륨 기반의 새로운 베타전지 구조를 개발했다고 8일 밝혔다.

이번에 개발된 베타전지 구조는 연구원이 보유한 이온빔기술을 활용해 설계됐다.
이는 기존 전지보다 전력 변환효율과 출력을 크게 향상시킬 수 있어 기대를 모으고 있다.

베타전지는 방사성동위원소에서 방출되는 베타선전자가 반도체에 충돌하며 발생하는 전자-정공쌍을 이용해 전력을 생산한다.

전자-정공쌍은 반도체의 PN접합부에서 주로 생성되는데, 연구팀은 전력 변환효율을 높일 수 있도록 접합부를 마치 블록처럼 서로 맞물리는 형태의 ‘교차형 접합 구조’로 설계했다.

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

‘교차형 접합구조’는 에너지원인 방사성동위원소 가까이 다수의 PN접합구조 구현이 가능해 기존의 ‘적층형 접합구조’보다 더욱 넓은 전자-정공 쌍생성 영역을 확보할 수 있다.

특히, 이번에 개발된 기술은 기존 방식과 차별성을 가져 향후 새로운 구조의 베타전지를 시제작해 상용화를 추진할 계획이다.

연구원 가속기이용연구부 이재상 부장은 “새로운 베타전지는 기존의 베타전지보다 고효율에 안정적인 에너지원이다”라며 “전원 충전이 어려운 극한환경용 전자기기와 배터리 교체가 어려운 교량, 댐, 터널용 센서에 널리 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 원자력분야 권위지인 인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치 제45권 1호 표지 논문으로 게재됐다.

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