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땀으로 전기 만드는 섬유 이용해 바이오 연료전지 개발

웨어러블 디바이스 구동을 위한 지속적·친환경적 전력공급 실마리

땀으로 전기 만드는 섬유 이용해 바이오 연료전지 개발
스포츠의류 기반의 바이오 연료전지 개요도


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

이에, 몸에서 분비되는 땀으로 지속적으로 전기에너지를 만드는 스포츠 섬유 기반의 바이오 연료전지가 소개됐다. 흡한속건 소재로 된 의류에 접목, 땀으로 구동되는 전자 디바이스 또는 비침습적 혈당 센서 등을 구현하기 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 박정열 교수(서강대학교 기계공학과)와 김혜림 교수(숙명여자대학교 의류학과) 공동연구팀이 땀 흡수와 건조가 빠른 스포츠 섬유소재를 기반으로 땀에 함유된 포도당을 전기에너지로 전환하는 방법을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 연료전지의 모든 구성요소를 섬유로 전환하고, 직물 내 마이크로 채널의 형상을 모세관 유동과 증발속도를 제어할 수 있도록 설계, 지속적으로 땀이 공급될 수 있도록 했다.

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 이용했다.

종이나 일반 면에 비해 흡한속건 소재는 땀 흡수 및 증발 속도가 탁월해 연료(땀) 공급이 훨씬 원활하다. 그 결과 더 오래 상당한 에너지 밀도(16.7μW/cm2)를 유지할 수 있다.

실제 이를 팔에 착용하고 빠르게 걸으면서 땀을 흘렸을 때 LCD 전자시계를 구동할 정도의 에너지를 만들어내는 것을 확인했다. 섬유 기반 연료전지 가운데 가장 높은 수준이라는 설명이다.

한편 같은 소재의 섬유라도 편성 방식에 따라 에너지 발생 효율의 차이가 나타났다. 또한 바람이 없는 환경보다 나뭇잎이 약간 움직일 정도의 실바람(0.8 m/s)에 해당하는 바람이 불면, 에너지 발생 효율이 더 높아졌다.

연구팀은 “모든 소재가 섬유 기반으로 제작됐기 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 있다”고 소개했다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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