최영봉 단국대 교수팀, 고성능 직물 바이오 연료전지 개발

최영봉 단국대 코스메디컬소재학과 교수./사진제공=단국대

단국대학교는 최근 최영봉 코스메디컬소재학과 교수 연구팀이 바이오 연료전지(Biofuel Cell)의 성능을 획기적으로 향상한 고성능 직물형 바이오 연료전지를 개발했다고 3일 밝혔다.

최 교수팀은 조진한·정윤장 고려대 교수팀, 권정훈 강원대 교수 등과 함께 연구를 수행했다.

바이오 연료전지는 포도당을 산화시킬 때 생성되는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 생체 친화형 전지다. 심박조율기와 신경자극기, 약물 전달 펌프를 비롯한 이식용 바이오메디컬 기기의 전력 공급원으로 활용된다.

기존 바이오 연료전지는 촉매 역할을 수행하는 효소가 전자를 전달하는 매개체에 제대로 고정되지 않아 시간이 지나면 효소가 떨어지는 문제를 야기했다. 이는 전력 생산 효율과 생체 내 구동 안정성을 낮춰 실제 응용에 큰 걸림돌이 됐다.

최 교수팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 전도성 직물 지지체 표면에 금속 나노입자를 결합하고, 효소를 고정하는 새로운 조립 메커니즘을 개발했다.

새롭게 개발된 직물형 바이오 연료전지는 기존 방식의 전지에 비해 전류 생성 성능은 80% 이상, 전력 생성 성능은 8배 이상 증가했다. 또 유연성과 물리적 특성이 높아 주사기 바늘과 카테터, 스텐트 등 일반 의료기구에서도 사용 가능하다.

최 교수는 "이번에 개발한 바이오 연료전지는 기존에 비해 높은 성능을 요구하는 고성능 바이오센서는 물론 생체 삽입형 의료기기의 전력 공급원으로도 활용될 수 있다"며 "웨어러블 및 인체삽입형 소자 시장에 새로운 플랫폼을 제공할 수 있을 것"이라고 설명했다.

연구결과는 'A Hybrid Biofuel Cell with High Power and Operational Stability Using Electron Transfer-Intensified Mediators and Multi-Interaction Assembly'(높은 출력과 작동성을 갖춘 하이브리드 바이오연료전지, 전자 전달 강화 매개체를 이용한 안정성 및 다중 상호 작용 어셈블리)라는 제목으로 국제학술지 'Advanced Energy Materials'(IF =27.8)에 게재됐으며, 7월호 표지논문으로 선정됐다.

최영봉 단국대 교수팀의 연구자료 이미지./사진제공=단국대