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면섬유 기반의 고성능 생체연료전지 개발
면섬유 기반의 고성능 생체연료전지 개발
  • 이지수 기자
  • 승인 2018.11.06 15:23
  • 댓글 0
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조진한 고려대 교수.

부도체인 섬유를 이용해 인체 삽입이 가능한 고성능 생체연료전지가 개발됐다. 조진한 고려대 교수와 이승우 미국 조지아텍 교수가 공동연구를 통해 면섬유에 금속 나노입자를 코팅한 뒤 생체 효소를 넣어, 생체이식이 가능한 생체연료전지 개발에 성공했다고 한국연구재단은 밝혔다.

생체연료전지는 촉매를 생체효소로 대체하고, 포도당이 산화할 때 생성하는 전자를 전극으로 수집해 전력을 만든다. 상온에서 구동이 가능해 차세대 의료용 에너지 공급 장치로 주목받고 있다. 하지만 기존의 평판 전극형 생체연료전지는 전력생산 효율과 생체 내 안정성이 낮고, 유연성과 물리적 특성이 좋지 않아 실용화에 한계가 있었다. 

연구팀은 면섬유 표면에 나노 크기의 금 나노입자를 균일하게 코팅해 섬유의 다공성 표면을 유지하면서도 높은 전기 전도도를 갖는 고성능 생체연료전지 전극을 개발하는 데 성공했다. 

이렇게 제작된 면섬유 전극은 기계적·구조적 특성의 변화 없이 금속의 전기 전도도를 나타낸다. 뿐만 아니라 이러한 면섬유 전극 기반의 생체연료전지는 넓은 표면적을 갖는 다공성 구조로 전류 밀도와 전력 성능도 획기적으로 향상되었다. 

연구팀은 이번 연구에서 단분자 리간드 치환 층상자기조립법을 이용했다. 금속나노 입자 간 거리를 최소화해 전극의 내부 저항을 획기적으로 낮추고 전자 전달의 효율을 극대화할 수 있었으며 이를 통해 높은 전력 성능을 구현할 수 있었다. 

특히 전해질 분리막이 필요 없고 소형화가 가능해 심장 기능 정지 시 사용하는 페이스메이커, 신경자극기 등 체내 삽입형 의료기기 전력 공급원으로서의 활용 가능성도 확인했다. 

조진한 교수는 “이번에 개발한 고전도성 면섬유 전극은 생체연료전지 전극으로 활용한 최초 사례이며, 최고의 전력 생산 성능을 보였다”라며, “면섬유 기반 생체연료전지 전극은 유연하고 물성이 좋은데다 효율과 안정성도 우수해 웨어러블 및 인체 삽입형 소자의 새로운 플랫폼을 제공할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

이 연구는 한국연구재단 기초연구사업 학문후속세대양성사업의 지원으로 수행되었다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션 10월 26일 자 논문으로 게재되었다.


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