휴대 전화에서 자동차, 전등에 이르기까지 배터리는 일상생활에서 중요한 역할을 하고 있다. 과학자들과 기술 회사들은 배터리 수명과 효율을 개선하기 위한 방법들을 찾고 있다. 최근 물 기반 용액을 이용하여 최초로 미주리 대학 연구원들은 자동차와 우주비행선과 같은 복잡한 응용들 내에서 신뢰할 수 있는 에너지 원으로 많은 응용들에서 이용될 수 있는 오래 지속되고 더 효율적인 핵 배터리를 개발했다.

MU 대학의 핵 엔지니어링, 전기 및 컴퓨터 엔지니어링 조교수인 권 재완 교수는 “방사선으로부터 전력을 만드는 배터리 기술인 베타볼태익스(betavoltaics)는 1950년대부터 에너지원으로서 연구되어 왔다”고 말했다. 또한, 그는 “조절된 핵기술들은 본질적으로 위험하지 않다. 우리는 빌딩에서 비상구 표시 및 방에서의 화재 감지를 포함하는 일상 생활에서 이미 핵 기술들을 상업적으로 이용하고 있다”고 말했다.

대부분의 베타볼테익 전지는 베타 입자들의 높은 운동 에너지로 인해 반도체 격자 구조 손상과 이에 따른 성능 감소로 인해 문제를 일으키고 있다. 또한 SiC와 GaN 등 방사선 저항 물질 역시 매우 낮은 에너지 전환 효율을 보이고 있다. 이러한 반도체의 방사선 손상은 액체 상태 반도체 물질이 방사선 손상과 구조적인 결함 문제를 해결할 것이라고 제시되었다. 액체 상태 물질을 이용하는 주된 장점은 베타 입자들의 운동 에너지를 효과적으로 흡수하는 것이다.

배터리는 물기반 용액에서 전기화학 에너지를 만드는스티론늄-90으로 불리는 방사성의 동위원소를 이용한다. 플라티늄 코팅을 가지는 나노 구조의 산화 티타늄 전극(선스크린 및 UV 차단기에서 발견되는 일반 원소)은 수집하고, 효과적으로 에너지를 전자로 변환시킨다.

권교수는 “물이 효율을 증가시키는데 매우 유용한 소자에서 만들어진 버퍼 및 표면 플라즈몬들처럼 행동한다. 이온 용액은 극저온에서 쉽게 얼지 않고, 적절히 패키지된다면 아마 우주선, 자동차 배터리들을 포함하는 다양한 응용들에 작동할 수 있다”고 말했다.

연구는 “Plasmon-assisted radiolytic energy conversion in aqueous solutions”라는 제목으로 네이쳐 사이언티픽 리포트 지에 게재되었다.

그림 설명: 방사선 배터리의 개념도

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 9월 18일]

 

From cell phones to cars and flashlights, batteries play an important role in everyday life. Scientists and technology companies constantly are seeking ways to improve battery life and efficiency. Now, for the first time using a water-based solution, researchers at the University of Missouri have created a long-lasting and more efficient nuclear battery that could be used for many applications such as a reliable energy source in automobiles and also in complicated applications such as space flight.

 

“Betavoltaics, a battery technology that generates power from radiation, has been studied as an energy source since the 1950s,” said Jae W. Kwon, an associate professor of electrical and computer engineering and nuclear engineering in the College of Engineering at MU. “Controlled nuclear technologies are not inherently dangerous. We already have many commercial uses of nuclear technologies in our lives including fire detectors in bedrooms and emergency exit signs in buildings.”

 

The battery uses a radioactive isotope called strontium-90 that boosts electrochemcial energy in a water-based solution. A nanostructured titanium dioxide electrode (the common element found in sunscreens and UV blockers) with a platinum coating collects and effectively converts energy into electrons.

 

“Water acts as a buffer and surface plasmons created in the device turned out to be very useful in increasing its efficiency,” Kwon said. “The ionic solution is not easily frozen at very low temperatures and could work in a wide variety of applications including car batteries and, if packaged properly, perhaps spacecraft.”

 

The research, “Plasmon-assisted radiolytic energy conversion in aqueous solutions,” was conducted by Kwon’s research group at MU, and was published in Nature.

 

[원문출처 : http://munews.missouri.edu/news-releases/2014/0916-first-water-based-nuclear-battery-developed-by-mu-researcher-can-be-used-to-generate-electrical-energy/]