땀에서 전기 뽑는다.. 바이오 연료전지 개발

땀에서 전기 뽑는 바이오 연료전지 개발
웨어러블 디바이스 구동을 위한 전력공급원

[아시아경제 황준호 기자] 우리 몸에서 분비되는 땀으로 전기에너지를 만드는 스포츠 섬유 기반 바이오 연료전지가 개발됐다. 흡한속건 소재로 된 의류에 접목하면 땀으로 구동되는 전자 디바이스나 혈당 센서를 개발할 수 있을 것으로 예상된다.

한국연구재단은 박정렬 서강대학교 기계공학과 교수와 김혜림 숙명여자대학교 의류학과 교수 등이 참여한 연구팀이 땀에 함유된 포도당을 전기에너지로 전환하는 방법을 개발했다고 3일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지인 바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스에 최근 실렸다.

땀에서 전기 뽑는다

연구팀은 연료전지의 구성 요소를 섬유로 전환해, 땀에 있는 포도당을 전기에너지로 바꿔주는 소재를 개발했다.

이 섬유는 글루코즈 산화효소가 코팅된 카본섬유를 산화 전극으로, 프러시안블루 나노 입자와 다중벽 탄소나노튜브가 얽힌 카본 섬유를 환원 전극으로 활용한다. 각 전극 사이에는 모세관 현상을 활용해 땀을 자동적으로 공급할 수 있는 스포츠 소재가 자리해 연료(땀)을 공급하는 역할을 한다.

흡한속건 소재의 모세관 유동에 의해 땀이 공급되면 땀에 들어 있는 글루코스가 산화전극의 효소에 의해 산화돼 전자를 만든다. 이 때 함께 생성된 과산화수소가 환원전극의 기능성 나노입자와 반응해 전기를 생산한다.

빨아도 전기 생산할 수 있는 소재 개발 필요

박정열 서강대 교수, 김혜림 숙명여대 교수, 왕총 SMART 연구원

연구팀은 이 섬유를 통해 상당한 에너지 밀도(16.7μW/㎠)를 유지할 수 있었다고 밝혔다. 실제 연료전지를 팔에 착용하고 빠르게 걸으면서 땀을 흘렸을 때 LCD 전자시계를 구동할 정도의 에너지를 만들어냈다. 특히 바람이 없는 환경보다 나뭇잎이 약간 움직일 정도의 실바람(0.8 m/s)에 해당하는 바람이 불면 에너지 발생 효율이 더 높았다. 같은 소재의 섬유라도 편성 방식에 따라 에너지 발생 효율의 차이가 나타나기도 했다.

연구팀 측은 "기존에도 섬유기반의 바이오 연료전지가 개발된 바가 있으나 전기화학적 성능 향상을 위해 주로 전극 소재에 대한 연구가 집중됐다"라며 "스포츠의류 내 마이크로 채널의 형상 설계를 통한 모세관 유동 및 증발 속도 제어를 통해 연료(땀)을 빠르고 지속적으로 공급함으로써 제작된 바이오 연료전지가 높은 효율의 고밀도 에너지 발생시킬 수 있음을 밝힌 사례는 없었다"라고 설명했다. 다만 "실용화를 위해서는 세탁 후에도 활용될 수 있는 견실하면서 효율적인 섬유기반 전극 개발에 대한 연구가 필요하다"라고 덧붙였다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr