땀으로 전기 만드는 스포츠 섬유 기반 연료전지 개발

웨어러블 디바이스 구동을 위한 지속적·친환경적 전력공급 실마리

□ 몸에서 분비되는 땀으로 지속적으로 전기에너지를 만드는 스포츠 섬유 기반의 바이오 연료전지가 소개됐다.

○ 흡한속건 소재로 된 의류에 접목, 땀으로 구동되는 전자 디바이스 또는 비침습적 혈당 센서 등을 구현하기 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.

□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 박정열 교수(서강대학교 기계공학과)와 김혜림 교수(숙명여자대학교 의류학과) 공동연구팀이 땀 흡수와 건조가 빠른 스포츠 섬유소재를 기반으로 땀에 함유된 포도당을 전기에너지로 전환하는 방법을 개발했다고 밝혔다.

□ 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 설계, 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.

□ 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. 또한 바람이 없는 환경보다 나뭇잎이 약간 움직일 정도의 실바람(0.8 m/s)에 해당하는 바람이 불면, 에너지 발생 효율이 더 높아졌다.

□ 섬유 기반 바이오 연료전지의 성능 향상과 지속 사용 가능성을 보여준 이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 국가간협력기반조성사업(한-프 협력기반조성)의 지원으로 수행되었고‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors&Bioelectronics)’에 9월 24일 게재되었다.