조진한(화공생명공학과) 교수팀과 미국 조지아 공대 이승우 교수가 부도체인 섬유를 활용하는, 인체삽입 가능한 고성능 생체연료전지를 개발했다.


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


 연구팀은 면섬유 표면에 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 성능이 획기적으로 향상되었다.


 연구팀은 이번 연구에서 '단분자 리간드(중심원자에 결합한 이온이나 분자) 치환 층상자기조립법'이란 방식을 이용했다.

 층상자기조립법은 각 물질 층을 교차로 쌓아 박막 형태의 기능성 복합체를 만드는 기술이다.

 금속 나노입자 간 거리를 최소화해 전극 내부 저항을 획기적으로 낮추는 한편 전자 전달 효율을 극대화할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

 전해질 분리막이 필요 없는 데다 작게 만들 수 있어서, 심장 기능 정지 시 사용하는 페이스메이커나 신경자 극기 등에 활용할 수 있을 것으로 연구팀은 내다봤다.

 조진한 교수는 "이 고 전도성 면섬유 전극은 생체연료전지 전극으로 활용한 최초 사례"라며 "유연하고 물성이 좋은 데다 효율과 안정성 측면에서도 우수해 다양하게 쓰일 것으로 기대한다"고 말했다.

 연구는 한국연구재단 기초연구사업(중견연구)·학문 후속세대 양성사업 지원으로 수행했다.

 성과를 담은 논문은 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 10월 26일 자에 실렸다.


금속 코팅된 면섬유 전극 표면·단면 이미지와 생체연료전지 전력 성능 [한국연구재단 제공=연합뉴스]