국내 연구진이 몸에서 분비되는 땀으로 전기에너지를 만드는 스포츠 섬유 기반 바이오 연료전지를 개발했다.
한국연구재단은 박정열 서강대 기계공학과 교수, 김혜림 숙명여대 의류학과 교수로 이뤄진 공동연구팀이 땀 흡수·건조가 빠른 스포츠 섬유소재를 기반으로 땀에 함유된 포도당을 전기에너지로 전환하는 방법을 개발했다고 3일 밝혔다.
웨어러블(착용형) 기기 개발에 있어 작고 유연하며 가벼운 에너지 공급원 개발이 반드시 필요하다.
연구팀은 연료전지의 구성 요소를 섬유로 전환, 땀 속 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.
프로 축구선수들의 경기복, 등산용 셔츠 등에 사용되는 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.
종이나 일반 면에 비해 흡한속건 소재는 땀 흡수 및 증발 속도가 탁월해 연료로 쓸 땀 공급이 훨씬 원활하다. 때문에 더 오래 상당한 에너지 밀도(16.7μW/cm2)를 유지할 수 있다. 아울러 바람이 없는 환경보다 나뭇잎이 약간 움직일 정도의 실바람(0.8 m/s)에 해당하는 바람이 불면, 에너지 발생 효율이 더 높았다.
연구팀은 “실제 이를 팔에 착용하고 빠르게 걸으면서 땀을 흘렸을 때 LCD 전자시계를 구동할 정도의 에너지를 만들어냈다”며 “섬유 기반 연료전지 가운데 가장 높은 수준”이라고 설명했다.
이번 연구성과는 국제학술지 '바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스'에 실렸다.