고려대 연구진, 고성능 생체연료전지 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 고성능 생체연료전지를 개발했다. 향후 심박조율기, 신경 자극기, 약물 전달 펌프 등 바이오메디컬 기기의 전력 공급원으로 활용이 기대되는 기술이다.

왼쪽부터 조진환 교수, 권정훈 교수, 강민철 연구원, 남동현 박사, 안정연 연구원(사진=고려대 제공)

고려대는 조진한 화공생명공학과 교수팀이 권정훈 강원대 교수팀과의 공동 연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 31일 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자사업 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 관련 분야 국제학술지(Advanced Materials) 10월 26일자에 게재됐다.

생체연료전지(BFC)는 산화환원 반응에 기반한 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초소형 장치다. 심박조율기, 신경 자극기, 약물 전달 펌프 등 바이오메디컬 기기의 전력 공급원으로 활용할 수 있다.

지금까지 생체연료전지는 탄소 기반의 전도체를 주로 사용했지만 성능에는 한계가 있었다. 낮은 전력과 짧은 가동시간, 전자 전달 능력이 저조했기 때문이다.

연구팀은 다공성 면섬유에 탄소나노튜브와 금속 나노입자 기반의 전도성 박막을 도입, 이러한 한계점을 해결했다. 금속산화물 나노입자와 생체효소를 섬유 가닥 표면에 균일하게 코팅함으로써 높은 비표면적과 전기전도성을 동시에 지닌 전극을 개발한 것이다.

연구팀은 금속산화물 나노입자와 생체효소 간 안정적 결합으로 고 전력 밀도와 구동 안정성을 동시에 확보했다. 이를 통해 제작한 생체연료전지는 기존 대비 단위 면적당 면적당 전력이 더 높았으며 60일 후에도 50%가량의 높은 구동 안정성을 보였다.

조진한 교수는 “이번에 개발된 고전도성, 고안정성 섬유 합사형 생체연료전지는 세계 최고 수준의 전력 생산 성능과 우수한 구동 안정성을 동시에 보유하고 있다”며 “섬유 기반의 생체연료전지 전극은 유연할 뿐만 아니라 다양한 형태의 나노바이오 의료소재에 적용될 수 있다. 향후 웨어러블 및 인체 삽입형 소자 시장에 새로운 플랫폼을 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.