약 3 만 년 동안 동작 가능한 배터리 나온다 – Sciencetimes

억겁 (귀찮은)라는 말이있다. 전혀 말을 설명 할 수 없을 정도로 무한히 긴 시간을 나타내는 말이다. 3 만 년 정도라면 억겁이라는 표현이 잘 어울리는다는 것을 거의 무한의 시간으로 할 수 있지만,이 시간 만 오래 지속 할 수있는 배터리를 개발 중이며, 업계의 관심을 모으고있다.

과학 기술 전문 매체 인 Researchsnipers 1 일 기사를 통해 미국의 에너지 전문 기업 NDB (Nano Diamond Battery)가 약 3 만년 정도의 시간 동안 작동 할 수있는 다이아몬드 배터리 테스트를 성공적으로 마쳤다고 보도했다.

이론적으로는 약 3 만 년 정도의 시간 동안 작동 할 수있는 다이아몬드 배터리가 개발되고있다 ⓒNDB

약 3 만년 동작이 가능한 배터리 개발 중

미국 캘리포니아에 본사를두고 NDB는 서로 언급되는 것처럼 공업용 다이아몬드를 배터리에 적용하는 방법을 연구하고있다 시작이다. 설립되는 몇 년 지나지 않았지만, 보유하고있는 혁신적인 기술을 사용하여 에너지 업계의 게임 체인저로 통하고있다.

특히 NDB가 유명을 지불 시작한 시점에서 첫 번째 글로벌 스타트 업 대회 인 ‘2020 Orano Startup Call」의 수상자로 선정되어 선천적이다. 이 대회는 운영 자금 지원과 글로벌 가시성, 그리고 면밀한 혁신 네트워크 구축 등을 주요 투자자와 연결하는 행사 다. 당시 NDB는 8000 시작이 지원 한이 대회에서 우승을 차지했다.

NDB가 최근 테스트를 마친 다이아몬드 배터리의 가장 큰 특징은 자기 충전 (self-filling) 기능을 사용하여 거의 무한한 시간 동안 작동이 가능하다는 점이다. NDB 연구원이 제시 한 가동 시간은 2 만 8000 년이며, 이것은 약 3 만 년 정도를 지속 할 수 있다는 뜻이다.

배터리가 작동하기 위해 갖추어야 할 특별한 시스템도 필요 없다는 것이 NDB 측의 설명이다. 그냥 공기 중에 노출 만시켜 놓으면 알아서 충전 작동 시간을 늘려 나가는 것이 다이아몬드 배터리의 특징이다.

따라서 배터리 처리 충전 할 수있는 이유는 내장 된 방사성 물질로부터 분출되는 동위 원소이다. 동위 원소 인 탄소 14에서 나오는 방사선이 가지는 에너지가 열로 바뀌어 자기 충전이 가능해진다. 탄소 14는 모든 고체에 빠르게 흡수 할 수있는 단거리 방사선으로 비탄성 산란 현상을 통해 다이아몬드에 흡수된다.

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따라서 NDB 배터리는 일종의 동위 원소의 배터리라고 할 수 있지만 원리는 동위 원소를 사용하는 핵 배터리와 베타 배터리와 유사하다. 핵 배터리의 대표적인 사례로는 화성 탐사 로봇 큐리오 시티에 탑재 된 동위 원소 전지를들 수있다. 핵 전지에서 나오는 알파선이 가진 에너지를 열로 바꾸어이 열을 전기로 변환하여 로봇의 동작에 사용한다.

방사성 동위 원소를 둘러싸고있는 다이아몬드의 모습 ⓒweforumorg

베타 배터리도 마찬가지다. 이 전지 속의 방사성 물질은 삼중 수소로는 베타선을 발생시킨다. 핵 배터리와의 차이점은 베타선을 가진 에너지는 열로 바꾸는 것이 아니라, 내장 된 반도체의 전자 구조의 변화를 통해 전기를 만들어 사용하는 것이다.

문제는 동위 원소에서 나오는 유해한 방사선이다. 따라서 연구진은 다이아몬드를 에너지 저장 용도 외에도 배터리의 포장 용기처럼 사용했다. 손상이나 파손하기 어려운 세계에서 가장 강도가 높은 다이아몬드를 사용하여 방사선의 유출을 차단하도록 설계 한 것이다.

이 외에도 NDB 전지의 또 다른 장점으로는 충전하는 과정에서 탄소 배출량이 전혀 발생하지 않는다는 점이다. 리튬 이온 전지와 같은 경우에 방전이되지 않도록 지속적으로 충전을하기 위해 화석 연료가 생성 된 전력을 사용하는 과정에서 탄소를 발생시킬 수 밖에 없다.

그러나 다이아몬드 배터리 자체 충전이 가능하므로 별도의 충전 과정을 거칠 필요가없고, 탄소가 발생하지 않기 때문에 거의 영구적 인 환경의 배터리라고 할 수있다.

방사성 동위 원소를 사용하여 지속적인 자기 충전 가능

사실, 방사성 동위 원소를 소재로하는 다이아몬드 배터리를 NDB가 처음 개발 한 것은 아니다. 이전에도 영국의 과학자들이 니켈 -63 동위 원소를 이용한 다이아몬드 배터리의 프로토 타입을 제작하고 제대로 작동하고 있는지 확인하고있다.

니켈 -63 동위 원소를 이용한 다이아몬드 배터리도 NDB가 개발되는 다이아몬드의 배터리와 같은자가 충전이 가능하기 때문에 적어도 수천 년 정도 지속이 가능하다. 하지만 전력 효율이 낮아 배터리 역할을 할 수 없다는 것이 단점으로 지적됐다.

NDB는 자신들이 개발 한 다이아몬드 배터리의 방사성 동위 원소는 니켈 -63 대신 탄소 -14를 사용하도록 상용화의 가능성을 파악하기 위해 세계적으로 권위있는 2 개 연구소에 전력 효율 검사를 의뢰했다.

그 결과 미국의 로렌스 리버모어 국립 연구소와 영국 케임브리지 대 카본 요리 연구소에서 동시에 진행된 테스트에서는 모든 40 % 정도의 전력 효율을 유지하는 것으로 나타났다. 이 같은 수치는 기존의 다이아몬드 배터리의 전력 효율 15 %에 비해 크게 개선 됐다는 것이 전문가들의 의견이다.

2 만 8000 년 동안 사용할 수있는 배터리가 장착 된 휴대 전화와 자동차의 상상도 ⓒNDB

물론, 이러한 효율적인 결과가 나왔다 실제로는 3 만 년 정도 지속 할 수있는 배터리를 개발 할 수 있다는 의미는 아니다. 이것은 바로 이론적 인 기대치 일뿐 실제 제품에서는 그보다 훨씬 줄었다 시간의 배터리가 개발 될 수밖에 없다. 그러나 기존의 리튬 이온 전지보다 기간 및 충전 방법에서 진화 한 성능을 가지고 있다는 점은 분명한 사실이다.

이는 NDB는 다이아몬드의 배터리가 다양한 항공기 및 전기 자동차와 기차를 포함하여, 스마트 폰, 웨어러블 소형 산업용 센서에 이르기까지 배터리를 소비하는 거의 모든 제품에 사용할 수있는 것 것으로 전망하고있다.

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