스마트폰을 번거롭게 충전하지 않고 1년간 쓸 수는 없을까? 아직은 없다. 그만큼 오랜 시간 작용하는 배터리(전지)를 개발하지 못했기 때문이다. 그렇다면 개발은 할 수 있을까? 있다. 아직 상용화 단계에 진입하지는 못했지만, 핵 에너지를 활용하는 소형 배터리 개발에 필요한 이론 정립및 기술력 확보는 끝났다고 한다. 

러시아원자력공사(로사톰)의 자회사인 '트벨'(TVEL, ТВЭЛ)은 지난 2017년 모스크바에서 열린 '원자력엑스포-2017' (Атомэкспо-2017)에서 신 개념 배터리를 처음으로 소개했다. '원자력 배터리' 혹은 '베타 베터리'라고 부르는 '발전기형 배터리'다. 기존에 우리가 사용하는 '리튬이온 배터리'는 외부 장치를 이용해 다른 전원으로부터 에너지를 충전하는 방식이다.

'원자력 배터리'는 기존 방식과는 완전히 다르다. 아주 작은 발전기라고 보면 된다. 그것도 핵분열 에너지를 전기로 바꾸는 (원자력)발전기. 다만 인체에 해를 끼치는 (방사성) 감마선이 아닌, 베타선을 활용한다. 이 베타선은 기존의 배터리처럼 얇은 포장재로도 100% 차단이 가능하다. '베타 베터리'라고 부르는 이유다.

'트벨'은 첫 원자력 배터리 소개이후 기술 개발을 거듭한 끝에 '크기는 줄이되, 효율은 높이는' 소형화에 성공한 것으로 전해졌다. 일부 IT매체는 '트벨'이 50년간 사용이 가능한 '소형 전지' 개발에 성공했다고 보도했지만, 러시아 현지 언론은 아직 신중한 입장이다.

현지 언론은 지난해 12월 말 시베리아 크라스노야르스크에 있는 로사톰 산하의 광물화학콤비나트(공장) Горно-химический комбинат 가 고농축 니켈63의 동위원소를 이용해 전기를 생산하는 과제를 모두 끝냈다고 보도했다.

언론이 전하는 원자력 배터리의 원리는 이렇다. 가스원심분리기로 고농축시킨 ‘니켈63(Ni-63)’에 중성자를 충돌시켜 방사성 동위원소를 만들고, 이 동위원소가 분열할때 발생하는 (방사성) 베타선의 에너지를 반도체 변환기를 통해 전기(에너지)로 바꾸는 것이다. 

필요한 핵심 기술은 몇가지가 있다. 우선 원자력발전소에서 쓰이는 고농축 우랴늄과 마찬가지로, 배터리 속에 들어갈 '니켈 63'을 얼마나 고농축할 수 있느냐다. 또 베타선 에너지를 전기 에너지로 변환시키는데 적합한 가스(매개체) 개발, 반도체 변환기 공간의 집약 디자인 등이다. 

트벨은 니켈63의 농축율을 80% 이상으로 끌어올린 것으로 보인다. 그리고 크라스노야르스크 광물화학콤비나트(공장)가 동위원소서 발생한 베타선을 반도체 변환기에 적합한 형태로 바꾸는데 필요한 기술 개발에 성공한 만큼, 이제는 이 모든 것을 한 공간에 집약적으로 집어넣는 것만 남았다고 할 수 있다. 이 공간이 적으면 적을 수록 전기 효율이 높은 법. 원자력 배터리의 성능을 좌우할 공간 설계가 아주 중요해졌다. 

과학자들은 이 원자력 배터리가 스마트폰을 비롯해 거의 모든 전자제품의 패러다임을 바꿀 뿐만 아니라, 사이버네틱스와 인공지능(AI) 분야의 플랫폼을 혁신시킬 것이라고 본다. 50년간 배터리 충전이 필요없다면, 사이버네틱스의 수명이 최소한 50년은 간다는 뜻이고, AI 분야 역시 괄목할만한 성장을 기대할 수 있다. 

이진희 기자 다른기사 보기