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한번 심으면 50년을 그냥 켜져 있는 전지가 있습니다. 충전도, 교체도 없이 말입니다. 회로 설계를 30년 가까이 해온 사람으로서 '전원 없이 반영구'라는 말은 늘 의심부터 하고 보는데, 이번엔 국내 연구진이 실제 숫자로 증명해 냈습니다. 전기연구원이 국내 최초로 실증한 베타전지, 원리부터 관련 산업까지 파봤습니다.
⚡ 한국전기연구원, 베타전지 국내 첫 실증
한국전기연구원(KERI) 서재화 차세대반도체연구센터 선임연구원 연구팀이 국립경국대 윤영준 교수팀과 함께 탄화규소(SiC) 반도체 기반 베타전지를 제작하고, 실제 방사성 물질을 이용한 성능 검증에 성공했습니다. 연구 결과는 국제학술지 '인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치'에 지난 3월 29일 게재됐습니다(출처: 동아사이언스).
베타전지란 방사성 물질이 붕괴할 때 방출하는 전자 흐름인 베타선을 반도체가 흡수해 전기로 바꾸는 장치입니다. 태양전지가 햇빛을 에너지원으로 쓰는 것과 원리는 비슷한데, 햇빛 대신 방사성동위원소를 쓰기 때문에 빛이 전혀 없는 곳에서도 작동한다는 게 핵심입니다.
🔧 왜 탄화규소(SiC)를 썼나, 엔지니어 시선
연구팀은 핵심 소재로 탄화규소, 즉 SiC를 채택했습니다. SiC는 기존 실리콘(Si)보다 고온과 강한 방사선을 견디는 내구성이 뛰어난 화합물 반도체입니다. 제가 직접 회로 설계와 전장 개발을 해오면서 SiC 소자를 전기차 인버터나 전력변환장치에 써본 적이 있는데, 이 소재는 원래 '고전압, 고온 환경에서 안 죽는 반도체'로 업계에서 통합니다.
이번 연구에서는 베타선이 전하를 효율적으로 만들어내도록 p-i-n 다이오드 구조의 반도체 소자를 자체 설계했습니다. 방사성동위원소로는 니켈-63을 사용했는데, 반감기가 약 100년이라 방사선 세기가 매우 천천히 줄어드는 게 특징입니다.
실증 결과 활성면적 1제곱센티미터당 약 160마이크로와트의 전력이 생성됐는데, 이는 국내 기존 실험 결과보다 6만 배 이상 향상된 수치입니다. 방사성 물질을 반도체 표면에 이상적으로 균일하게 입힐 경우 국내 기본 전지 출력 목표치 대비 4200배 이상 전력이 나올 수 있다는 점도 확인했습니다(출처: 머니투데이).
🚀 어디에 쓰이나, 우주·국방·심해 활용성
베타전지는 전기차 배터리처럼 큰 출력을 내는 장치가 아닙니다. 대신 사람이 접근하기 어려운 곳에서 수십 년 동안 작은 전력을 안정적으로 공급하는 게 목적입니다. 연구팀은 국방 무인 감시 센서나 우주·심해 비상 신호기를 50년 이상 스스로 작동시키는 핵심 동력이 될 것으로 기대하고 있습니다.
우주 활용성을 검증하기 위해 15메가전자볼트(MeV)급 고에너지 양성자를 전지에 직접 조사하는 내구성 실험도 진행했습니다. 전자볼트란 광자나 전자 같은 입자가 갖는 에너지의 크기를 나타내는 단위인데, 15 MeV급이면 우주 탐사선에 쏟아지는 방사선 폭우를 맨몸으로 견디는 것과 맞먹는 극한 조건입니다.
연구팀은 여기에 더해 AI 예측 모델을 구축해 베타전지의 출력과 전압을 98~99% 정확도로 예측하는 기술까지 개발했습니다. 설계 단계에서 일일이 시제품을 만들어 측정하지 않아도 되니, 이건 개발 기간을 실질적으로 줄여주는 실용적인 성과입니다.
📊 투자자 시각, 관련 상장사 정리
솔직히 이건 예상 밖이었습니다. 베타전지 자체는 아직 특허 출원 및 기술이전을 준비하는 초기 실증 단계라 이번 연구를 발표한 KERI는 정부출연연구기관이라 투자 대상이 아닙니다. 그럼 어디를 봐야 하느냐, 이번 기술의 핵심 기반인 SiC 반도체 밸류체인 쪽으로 눈을 돌려야 합니다.
| 기업명 | 사업 내용 | 연관성 |
|---|---|---|
| 예스티(122640) | 자회사 예스파워테크닉스, 국내 유일 SiC 웨이퍼-칩 설계·제조 밸류체인 보유 | SiC 반도체 국산화 흐름의 대표 상장사, 지분관계 지속 보유 |
| 파워큐브세미 | SiC·Si·산화갈륨 전력반도체 팹리스 | 현재 비상장, 직접 매매 불가 (참고용) |
여기서 한 가지 냉정하게 짚어야 할 게 있습니다. 예스파워테크닉스의 경영권은 이미 SK㈜가 대부분 지분을 인수해 확보한 상태입니다. 따라서 예스티가 이번 베타전지 실증의 직접적인 수혜주라고 단정하기보다는, SiC 전력반도체 국산화라는 큰 산업 흐름 안에서 이름이 계속 언급되는 종목 정도로 이해하는 게 맞습니다.
참고로 중국의 베타볼트(Betavolt), 미국의 시티랩스(City Labs) 같은 해외 기업들이 이미 원자력전지 상용화 경쟁에 뛰어든 상태입니다. 국내에서는 이번 KERI 실증이 특허 출원 단계까지 왔고, 향후 우주항공·방위산업 기업과 기술이전 및 공동 제품 개발을 계획하고 있다는 점은 지켜볼 만합니다(출처: 머니투데이).
📈 접근 전략, 기술이전 공시를 기다려야 하는 이유
제 경험상 이런 출연연 기술 뉴스는 실제 매출로 연결되기까지 시간이 꽤 걸립니다. 특허 출원, 기업과의 기술이전 협상, 실제 제품화까지 최소 2~3단계를 거쳐야 하기 때문입니다.
첫째, 특허 출원 이후 실제 기술이전 계약이 어느 기업과 체결되는지 공시로 확인합니다.
둘째, SiC 반도체 자체는 전기차·태양광 인버터 수요와 맞물려 있어 베타전지 이슈와 무관하게도 꾸준히 지켜볼 가치가 있는 산업입니다.
셋째, 우주·국방 관련 종목까지 테마가 번지는 경우가 있는데, 실제 사업 연관성이 확인되지 않은 종목은 걸러내는 게 안전합니다.
❓ 자주 묻는 질문 (Q&A)
Q1. 베타전지는 위험한 방사성 물질을 쓰는 건가요?
사용된 니켈-63은 안전 기준을 통과한 저위험 베타선 방출 물질로, 연구팀이 엄격한 안전 절차를 거쳐 확보했습니다.
Q2. 전기차 배터리를 대체할 수 있나요?
아닙니다. 베타전지는 출력이 매우 작은 초장수명 전원으로, 큰 출력이 필요한 전기차용이 아니라 저전력 센서나 신호기용입니다.
Q3. 관련 상장사에 지금 투자해도 되나요?
아직 기술이전이나 상용화 계약이 공시되지 않은 초기 단계입니다. 공시 확인 전 테마성 매수는 신중해야 합니다.
Q4. 예스티가 이번 연구와 직접적인 관련이 있나요?
직접적인 계약 관계는 확인되지 않았습니다. 다만 국내 SiC 전력반도체 밸류체인을 보유한 상장사로서 산업 맥락상 함께 언급될 수 있습니다.
Q5. 이론상 100년까지 작동한다는데 실제로도 가능한가요?
니켈-63의 반감기가 약 100년인 만큼 이론적 최대치이며, 실제 적용 환경과 소자 열화 정도에 따라 실사용 수명은 달라질 수 있습니다.
🔚 결론
KERI의 베타전지 실증은 국내 기존 실험 대비 6만 배 향상된 전력 생산이라는 확실한 숫자로 뒷받침된 성과입니다. 다만 투자자 입장에서는 이 기술 자체가 상장 기업의 실적으로 바로 연결되는 구조가 아니라는 점을 냉정하게 봐야 합니다. SiC 반도체 국산화라는 큰 흐름 안에서 예스티 같은 종목을 참고하되, 실제 기술이전 공시가 나오는 시점까지는 관망하는 편이 합리적입니다.
① KERI, SiC 반도체 기반 베타전지 국내 최초 실증, 국내 기존 대비 6만 배 향상된 전력 생산 확인
② 니켈-63 활용, 이론상 최대 100년 작동, 국방·우주·심해 극한환경 전원으로 개발 목표
③ 베타전지 자체는 출연연 기술로 직접 투자 대상 아님, SiC 밸류체인 보유 예스티가 산업 맥락상 관련주로 언급
④ 기술이전·공동개발 공시가 확인되기 전까지는 신중한 접근 필요