1억5000만개 센서 전력 공급하는 ‘원자력 다이아몬드 배터리’ 나올까

美 NDBI·아토믹큐, 관련 기술 백서 발표

미국의 한 기술 기업이 원격 센서에 수년간 전력을 지속 공급하며 전 세계 1억 5000만 개 이상의 연결 기기를 지원할 수 있는 '원자력 다이아몬드 배터리' 활용 구상을 선보였다.

과학 전문매체 인터레스팅엔지니어링은미국 네바다주  소재 기술 기업 '뉴클리어 다이아몬드 배터리스(NDBI)'와 자회사 '아토믹큐(AtomiQ)'가 원자력 배터리 기술과 저전력 무선 센서를 결합한 기술 백서를 발표했다고 최근 보도했다.

이번 백서에서 제안된 '영구 센서'는 배터리 교체가 어렵거나 비용이 많이 들고 위험한 환경에 적용하기 위해 개발됐다. 송유관, 교량, 광산, 농장, 국방 시설 및 원격 모니터링 기지 등이 주요 활용처다.

이미지는 브리스톨 대학교 과학자들이 개발한 다이아몬드 배터리 샘플 (사진=브리스톨대학교)

현재 전 세계적으로 1억 5,000만 대 이상의 기기가 저전력·장거리 무선 통신 기술인 '로라완(LoRaWAN)'을 사용하고 있다. 이는 기기 간 장거리 통신을 지원하면서도 전력 소모가 매우 적은 것이 특징이다.

방사성 붕괴 에너지를 전력으로

화학 에너지를 제한된 양만 저장하는 일반 배터리와 달리 원자력 배터리의 일종인 베타볼타익(Betavoltaic) 배터리는 방사성 붕괴 과정에서 전기를 생성한다. NDBI의 새로운 콘셉트는 이 원리를 활용해 소량의 전력을 끊임없이 지속 생산하는 방식이다. 이렇게 얻은 전력은 슈퍼커패시터 등 중간 에너지 저장 장치에 차곡차곡 축적된다.

그렉 루빈 아토믹큐 최고경영자(CEO)는 "에너지가 충분히 축적되면, 저장된 전력을 이용해 센서가 상태를 측정하고 데이터를 처리한 뒤 무선으로 전송하는 데 필요한 순간적인 높은 전력을 공급하게 된다"고 설명했다.

루빈 CEO는 "개념은 간단하다. 소량의 에너지를 지속적으로 생성해 모아둔 뒤, 이를 주기적으로 사용해 데이터를 감지·처리·전송하는 것"이라고 덧붙였다.

개념 실증 및 현장 적용 추진

현재 LoRaWAN 네트워크로 연결된 전 세계 1억 5000만여 개의 기기에는 스마트 미터, 농업용 장비, 산업용 센서, 안전 시스템, 자산 추적 장치 등이 포함된다.

NDBI는 이미 다이아몬드 기반 소재를 활용해 방사성 붕괴를 전기로 변환하는 기술과 관련해 미국 특허를 보유하고 있다. 전극 및 탄소 기반 소재에 대한 지적재산권(IP)도 확보한 상태다.

회사 측의 다음 단계는 이 영구 센서 개념을 실제 작동 환경에서 검증하는 것이다. 먼저 실험실 테스트를 통해 센서가 지속 생성할 수 있는 전력량, 에너지 저장 효율, 데이터 수집·전송에 필요한 소모 전력 등을 정밀 측정할 예정이다.

실험실 테스트를 성공적으로 마치면 NDBI는 실제 현장에 투입할 프로토타입 제작에 나선다. 향후 발전된 버전은 더 열악한 극지오지 환경이나 위성 통신 연동 애플리케이션으로도 확장 개발될 수 있다.