섬유형태의 고성능 생체연료전지 개발
- 스텐트 등 삽입형 의료기기의 전력공급원으로 응용 가능한 고효율 연료전지 시스템 -

□ 국내 연구진이 탄소나노튜브에 생체효소를 넣어 유연하면서도 강한 섬유형태의 고성능 생체연료전지*를 만들었다. 포도당을 산화시킬 때 생성되는 전자를 전극으로 수집해 전력을 만드는 생체연료전지는 상온에서 구동할 수 있고, 친환경적이기 때문에 차세대 에너지 공급장치로 주목받고 있다.
* 생체연료전지 : 기존 연료전지의 촉매를 생물체내에 존재하는 생체촉매인 효소로 대체하고, 수소보다 저렴하고 다루기가 편한 포도당을 연료로 한 연료전지. 효소의 산화환원 반응으로 연료물질에서 발생한 전자가 전극으로 이동하는 원리로 에너지를 발생시킨다.

o 한양대 전기생체공학부 김선정 교수팀이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인판 6월 2일자에 게재되었다.(논문명 : High-power Biofuel Cell Textiles from Woven Biscrolled Carbon Nanotube Yarns)

□ 촉매를 표면에 코팅하는 방식의 기존 평판 전극형 생체연료전지는 전력생산효율과 생체 내에서의 안정성이 낮고, 유연성과 물리적인 특성이 좋지 않아 실제 응용에는 한계가 있었다.

o 따라서 생체연료전지 실용화를 위해서는 성능과 안정성을 향상시키는 것이 핵심과제였다.

□ 연구팀은 탄소나노튜브 시트 표면에 산화·환원 효소를 고정시킨 후, 이를 꼬아 만든 다층 구조의 실 형태 전극을 이용한 고효율 생체연료전지 시스템을 개발하였다.

o 유연하고 강한 섬유로 이루어져 꼬거나 직물형태로 만들 수 있어 카테터나 스텐트 등 의료용 기구 형태로 쉽게 가공하는 것이 가능해 질 것으로 기대된다.

□ 특히 전해질 분리막이 필요 없고 소형화가 가능해 페이스메이커*, 신경자극기 등 체내 삽입형 의료기기를 위한 전력공급원으로서의 가능성도 주목받는다는 설명이다.
* 심장 기능이 정지하였을 때 인공적으로 자극 펄스를 주기 위해 사용하는 전자 장치

o 탄소나노튜브 표면에 코팅된 PEDOT*가 효소를 보호해주는 이온분리막처럼 작용해 체내 안정성이 높아지기 때문이다.
* PEDOT : 나노단위의 두께로 코팅이 가능한 생체친화성이 높은 전도성 고분자로 전자전달능력이 좋아 생체이식전극으로도 활용할 수 있다.

□ 고성능 전력생산도 가능하여, 생체조건과 유사한 포도당 농도의 혈청에서 다층구조의 실형태를 이용한 생체연료전지는 1cm의 전극만으로도 1.02 mW/cm2의 전력을 낼 수 있는 것으로 나타났다. 대부분 삽입형 의료기기는 구동하는 데에 수 mW 수준의 전력이 필요하다.

o 김 교수는 “개발한 섬유형태의 생체연료전지는 직물제조가 가능할 정도로 유연하고 물성이 좋으면서도, 사람의 체액 내에서 전력생산 효율과 안정성이 우수해 삽입형 의료기기의 전력공급원으로 응용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

문의 : 기초연구진흥과 최도영 과장(02-2110-2370), 오판동 사무관(02-21110-2372)