땀으로 전기 만드는 섬유 기반 연료전지
땀으로 전기 만드는 섬유 기반 연료전지
  • 함예솔
  • 승인 2020.11.09 16:15
  • 조회수 330
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

몸에서 분비되는 땀으로 지속적으로 전기에너지를 만드는 스포츠 섬유 기반의 바이오 연료전지가 소개됐습니다. 흡한속건 소재로 된 의류에 접목, 땀으로 구동되는 전자 디바이스 또는 비침습적 혈당 센서 등을 구현하기 위한 실마리가 될 것으로 기대됩니다. 서강대학교 기계공학과  박정열 교수와 숙명여자대학교 의류학과 김혜림 교수 공동 연구팀이 땀 흡수와 건조가 빠른 스포츠 섬유소재를 기반으로 땀에 함유된 포도당을 전기에너지로 전환하는 방법을 개발했습니다. 해당 연구는 <Biosensors&Bioelectronics>에 게재됐습니다.

스포츠의류 기반의 바이오 연료전지 개요도. 출처:한국연구재단
스포츠의류 기반의 바이오 연료전지 개요도. 출처: 한국연구재단

땀으로 전기 만든다?!

 

의료, 엔터테인먼트, 금융 등 여러 분야에서 웨어러블 디바이스에 대한 수요가 늘어나는 가운데 웨어러블 디바이스에 적합한 작고 유연하고 가벼운 에너지 공급원이 필요합니다. 특히 착용성과 유연성 측면에서 뛰어난 섬유를 활용하려는 시도가 있었으나, 전기화학적 성능 향상을 위한 전극소재 연구가 주로 이뤄졌습니다.

 

반면 연구팀은 연료전지의 모든 구성 요소를 섬유로 전환하고, 직물 내 마이크로 채널의 형상을 모세관 유동과 증발속도를 제어할 수 있도록 설계, 지속적으로 땀이 공급될 수 있도록 했습니다. 흡한속건 소재의 모세관 유동에 의해 땀이 공급되면 땀에 들어 있는 글루코스가 산화전극의 효소에 의해 산화돼 전자를 만들고, 이 때 함께 생성된 과산화수소가 환원전극의 기능성 나노입자와 반응해 전기를 만드는 원리를 이용했습니다.  

벤드 및 의복 형태로 개발된 웨어러블 바이오 연료전지. 출처: 한국연구재단
벤드 및 의복 형태로 개발된 웨어러블 바이오 연료전지. 출처: 한국연구재단

종이나 일반 면에 비해 흡한속건 소재는 땀 흡수 및 증발 속도가 탁월해 연료(땀) 공급이 훨씬 원활합니다. 그 결과 더 오래 상당한 에너지 밀도(16.7μW/cm2)를 유지할 수 있습니다. 실제 이를 팔에 착용하고 빠르게 걸으면서 땀을 흘렸을 때 LCD 전자시계를 구동할 정도의 에너지를 만들어내는 것을 확인했습니다. 섬유 기반 연료전지 가운데 가장 높은 수준이라는 설명입니다. 한편 같은 소재의 섬유라도 편성 방식에 따라 에너지 발생 효율의 차이가 나타났습니다. 또한 바람이 없는 환경보다 나뭇잎이 약간 움직일 정도의 실바람(0.8 m/s)에 해당하는 바람이 불면, 에너지 발생 효율이 더 높아졌습니다. 

 

본 연구는 유연성과 착용성을 갖춘 섬유기반 연료전지 개발에 있어서 전극소재와 같은 재료적, 전기화학적 특성 뿐만 아니라 인체에서 발생한 땀을 빠르고 지속적으로 전달할 수 있는 유체역학적 제어가 성능에 결정적인 영향을 미친다는 것을 최초로 밝혀낸 점이 의미 있는 성과입니다. 모든 소재가 섬유 기반으로 제작되었기 때문에 전통적인 대량 생산성을 갖춘 섬유 제조 기술을 적용할 수도 있으며, 추후 의류, 양말 또는 속옷 등에 통합해 땀, 눈물 또는 소변과 같은 체액을 연료 자원으로 활용해 에너지를 생성할 수 있을 것으로 기대됩니다. 


##참고자료##

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2020 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트