[위즈뉴스] 몸에서 분비되는 땀으로 지속적으로 전기에너지를 만드는 스포츠 섬유 기반의 바이오 연료전지가 소개됐다.
한국연구재단(이사장 노정혜)은 3일, 서강대 기계공학과 박정열 교수와 숙명여대 의류학과 김혜림 교수 공동연구팀이 땀 흡수와 건조가 빠른 스포츠 섬유소재를 기반으로 땀에 함유된 포도당을 전기에너지로 전환하는 방법을 개발했다고 밝혔다.
이번 연구는 흡한속건 소재로 된 의류에 접목해 땀으로 구동되는 전자 디바이스 또는 비침습적 혈당 센서 등을 구현하기 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.
이번 연구 결과를 담은 논문은 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors&Bioelectronics, IF=10.257)’에 9월 24일에 게재됐다.
논문명은 'Sustainable and high-power wearable glucose biofuel cell using long-term and high-speed flow in sportswear fabrics'이다.
의료, 엔터테인먼트, 금융 등 여러 분야에서 웨어러블 디바이스에 대한 수요가 늘어나는 가운데 웨어러블 디바이스에 적합한 작고 유연하고 가벼운 에너지 공급원이 필요하다.
특히 착용성과 유연성 측면에서 뛰어난 섬유를 활용하려는 시도가 있었으나, 전기화학적 성능 향상을 위한 전극소재 연구가 주로 이뤄졌다.
반면 연구팀은 연료전지의 모든 구성요소를 섬유로 전환하고, 직물 내 마이크로 채널의 형상을 모세관 유동과 증발속도를 제어할 수 있도록 설계해, 지속적으로 땀이 공급될 수 있도록 했다.
흡한속건 소재의 모세관 유동에 의해 땀이 공급되면 땀에 들어 있는 글루코스가 산화전극의 효소에 의해 산화되어 전자를 만들고, 이 때 함께 생성된 과산화수소가 환원전극의 기능성 나노입자와 반응해 전기를 만드는 원리를 이용했다. 흡한속건이란 땀과 수분을 잘 흡수하고 빠르게 건조한다는 의미로, 주로 기능성 옷의 소재를 말한다.
종이나 일반 면에 비해 흡한속건 소재는 땀 흡수 및 증발 속도가 탁월해 연료(땀) 공급이 훨씬 원활하다. 그 결과 더 오래 상당한 에너지 밀도(16.7μW/cm2)를 유지할 수 있다.
실제 이를 팔에 착용하고 빠르게 걸으면서 땀을 흘렸을 때 LCD 전자시계를 구동할 정도의 에너지를 만들어내는 것을 확인했다. 섬유 기반 연료전지 가운데 가장 높은 수준이라는 설명이다.
한편 같은 소재의 섬유라도 편성 방식에 따라 에너지 발생 효율의 차이가 나타났다. 또, 바람이 없는 환경보다 나뭇잎이 약간 움직일 정도의 실바람(0.8 m/s)에 해당하는 바람이 불면 에너지 발생 효율이 더 높아졌다.
공동연구팀의 박정열 교수는 "모든 소재가 섬유 기반으로 제작되었기 때문에 전통적인 대량생산성을 갖춘 섬유 제조 기술을 적용할 수도 있다"면서 "앞으로 의류, 양말 또는 속옷 등에 통합하여 땀, 눈물 또는 소변과 같은 체액을 연료 자원으로 활용하여 에너지를 생성할 것으로 기대된다"고 말했다.
이어 "실용화를 위해서는 세탁 후에도 활용될 수 있는 견실하면서 효율적인 섬유기반 전극 개발에 대한 연구가 필요하다"고 덧붙였디.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 국가간협력기반조성사업(한-프 협력기반조성)의 지원으로 수행됐다.
