고려대 연구팀, 고안정성 섬유 합사형 생체연료전지 개발

조진한 연구팀 논문, 국제 학술지 'Advanced Materials' 게재

(왼쪽부터) 조진한 교수(교신저자·고려대 화공생명공학과), 권정훈 교수(공동교신저자·강원대 에너지자원화학공학과), 강민철 연구원(제1저자·고려대 화공생명공학과), 남동현 박사(공동제1저자·고려대 화공생명공학과), 안정연 연구원(공동제1저자·고려대 화공생명공학과) (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]김효경 인턴 기자 = 조진한 고려대학교 화공생명공학과 교수와 권정훈 강원대학교 교수 연구팀이 높은 전류 생성 성능과 구동 안정성을 동시에 지닌 생체연료전지를 개발했다고 31일 밝혔다.

생체연료전지(biofuel cell, 이하 BFC)는 산화환원 반응에 기반한 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초소형 장치로 ▲심박조율기 ▲신경 자극기 ▲약물 전달 펌프를 비롯한 이식용 바이오메디컬 기기의 전력 공급원으로의 활용이 기대되고 있다. 지금까지 보고된 대부분의 BFC 전극은 탄소 기반의 전도체를 주로 사용했다.

그러나 기존 탄소 기반의 BFC는 낮은 전력과 짧은 가동시간, 효소의 도입량을 증가시킬 때 전극이 두꺼워지며 활물질 층 내의 전하, 전자전달 능력의 한계로 우수한 생체연료전지의 성능 구현에 어려움이 있었다. BFC의 성능은 발생한 전자가 생체효소로부터 전극에 이르는 전자의 이동 능력에 의해 좌우되는데 이때 전극의 표면, 계면 구조가 중요한 이슈로 대두됐다.

계면 상호작용 기반의 섬유형 생체연료전지 전극 제작 모식도 (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

이에 본 연구팀은 계면 상호작용을 이용, 다공성 면섬유에 탄소나노튜브와 금속 나노입자 기반의 전도성 박막을 도입하고 독특한 구조를 지닌 금속산화물 나노입자와 생체효소를 섬유 가닥 표면에 균일하게 코팅함으로써 높은 비표면적과 전기전도성을 동시에 지닌 전극을 개발했다. 또 금속산화물 나노입자와 생체효소 간 안정적인 결합을 통해 높은 전력 밀도 및 구동 안정성을 동시에 확보할 수 있었다.

조진한 고려대 화공생명공학과 교수는 "이번에 개발된 고전도성, 고안정성 섬유 합사형 생체연료전지는 세계 최고 수준의 전력 생산 성능과 우수한 구동 안정성을 동시에 보유하고 있다"며 "섬유 기반의 생체연료전지 전극은 유연할 뿐만 아니라 다양한 형태의 나노바이오 의료소재에 적용될 수 있을 것"이라고 기대감을 전했다.

한편 해당 연구 결과는 국제학술지인 'Advanced Materials' (IF=29.4)에 10월 26일 온라인 게재됐다.

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