"충전 없이 50년"…꿈의 배터리 개발, 어디까지 왔나

한 번 충전으로 수십 년간 사용할 수 있는 배터리는 디지털 시대의 오랜 꿈이었다. 다양한 전자기기가 삶의 편의성과 생산성을 높여왔지만, 반복적인 충전이 필요하다는 점은 여전히 한계로 지적된다. 이에 따라 장기간 충전 없이 사용할 수 있는 차세대 배터리 기술 개발이 핵심 과제로 떠오르고 있다. IT매체 BGR은 최근 원자력 배터리를 비롯한 차세대 배터리 기술 동향을 조명해 기사로 실었다. 지난 2024년 1월 중국 스타트업 베타볼트는 50년 동안 사용할 수 있는 초소형 원자력 배터리 'BV100'을 공개해 주목을 받았다. 이 배터리는 니켈-63 동위원소와 4세대 다이아몬드 반도체를 결합해 전기를 생산하는 방식으로, 3V 전압과 100μW(마이크로와트) 출력을 제공한다. 회사 측은 에너지 밀도가 리튬 배터리 대비 약 10배 높고 수명이 길어 통신 및 자율주행 등 다양한 분야에 활용 가능하다고 설명했다. 또한 사용 후에는 니켈-63이 비방사성 구리로 변환돼 환경 부담도 낮출 수 있다고 강조했다. 같은 해 6월에는 미국 캘리포니아 샌디에이고에 본사를 둔 인피니티 파워가 미국 국방부 지원을 받아 고효율 원자력 전지를 개발했다고 발표했다. 이 전지는 10% 미만이던 에너지 전환 효율을 60% 이상으로 끌어올렸다. 또 초소형 코인셀 형태로 100년 이상 수십 mW(밀리와트)의 전력을 공급할 수 있다고 회사 측은 밝혔다. 다만 이 기술들은 아직 상용화 단계에는 이르지 못했다. 베타볼트는 2025년 1W급 배터리 출시를 예고했으나 실제 제품은 아직 공개되지 않았으며, 두 기업 모두 이후 추가적인 성과를 내놓지 못하고 있는 상황이다. 그럼에도 배터리 혁신은 계속되고 있다. 올해 초 중국 연구진은 상온에서 고전압을 구현하면서도 화재 위험이 낮은 '나트륨-황 배터리'를 개발해 국제 학술지 네이처에 발표했다. 나트륨과 황은 풍부한 자원과 높은 에너지 저장 잠재력에도 불구하고 낮은 전압과 반응 제어 문제로 상용화에 어려움을 겪어왔지만, 연구진은 디시아나마이드(NaDCA)가 포함된 특수 전해질을 통해 이를 해결했다. 해당 배터리는 최대 1,198Wh/㎏의 에너지 밀도를 달성했으며, 촉매를 사용할 경우 2,021Wh/㎏까지 향상되는 것으로 나타났다. 이는 현재 상용 리튬이온 배터리의 7~8배에 달하는 수준이다. 또한 제조 비용이 kWh당 약 5달러로 추산돼 기존 리튬이온 배터리 대비 약 20분의 1 수준으로 경제성 측면에서도 주목된다. 이와 함께 중국의 또 다른 연구진은 열 배터리의 고질적인 문제인 셔틀 효과를 개선할 수 있는 새로운 양극 소재 기술을 개발해 학술지 어드밴스드 사이언스에 발표하기도 했다. BGR은 이러한 연구 성과를 종합하며, 중국이 차세대 배터리 기술 경쟁에서 주도권을 강화하고 있다고 평가했다.