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땀으로 전기 만드는 연료전지 효율 높인다

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땀으로 전기 만드는 연료전지 효율 높인다

2020.11.03 15:00
박정열 서강대 기계공학과 교수, 김혜림 숙명여대 의류학과 교수팀 섬유 연구
박정열 서강대 기계공학과 교수, 김혜림 숙명여대 의류학과 교수 공동연구팀이 만든 스포츠 섬유 기반 연료전지의 모식도. 땀을 잘 흡수하는 스포츠 섬유를 이용해 연료전지에 들어가는 땀의 양을 늘렸다. 한국연구재단 제공
박정열 서강대 기계공학과 교수, 김혜림 숙명여대 의류학과 교수 공동연구팀이 만든 스포츠 섬유 기반 연료전지의 모식도. 땀을 잘 흡수하는 스포츠 섬유를 이용해 연료전지에 들어가는 땀의 양을 늘렸다. 땀 속 글루코즈가 산화효소를 만나 전자를 내놓으면 환원전극이 이 전자를 전기에너지로 바꾼다. 한국연구재단 제공

땀을 잘 흡수하는 스포츠 섬유를 이용해 전기에너지 발생 효율을 높인 섬유 기반 연료전지가 개발됐다.

 

박정열 서강대 기계공학과 교수와 김혜림 숙명여대 의류학과 교수 공동연구팀이 스포츠 섬유를 이용해 섬유 기반의 연료전지에 땀을 효율적으로 공급하는 방법을 개발했다고 3일 밝혔다. 이 연구는 국제학술지 ‘바이오센서앤바이오일렉트로닉스’에 9월 24일 실렸다.
 
눈물, 땀, 오줌 같은 체액으로 전기에너지를 만드는 섬유 기반의 연료전지 연구는 기존에도 있었다. 그런데 기존 연구들은 땀의 공급량을 높이는 데 초점을 맞추지 않고 일정량의 땀으로 많은 전기에너지를 만드는 효율 향상에 집중됐었다.

 

연구팀은 스포츠 섬유 속에 있는 친수성 부분과 소수성 부분을 재설계해 땀이 연료전지까지 효율적으로 갈 수 있도록 해주는 마이크로 채널을 만들었다. 마이크로 채널은 모세관 유동과 증발속도도 제어할 수 있어 연료전지에 땀을 지속적으로 공급한다. 모세관 유동은 액체가 표면장력에 의해 섬유를 이루는 촘촘한 구조로 스며 들어가는 현상이다.

 

흡수된 땀은 연료전지 속 산화효소와 만난다. 땀 속에 있는 글루코스가 산화효소에 의해 산화되어 전자를 만들고, 이때 함께 생성된 과산화수소가 환원 전극의 나노입자와 반응해 전기에너지를 생성한다.

 

연구팀이 스포츠 의류 소재를 기반으로 만든 연료전지는 제곱센티미터당 16.7마이크로와트(μW/cm2)의 에너지 밀도를 유지했다. 이는 빠르게 걸으면서 땀을 흘렸을 때 LCD 전자시계를 구동할 수 있는 수준이다. 나뭇잎이 약간 움직일 정도의 실바람이 불면 전기에너지 발생 효율이 더 높아진다는 사실도 확인했다. 

 

연구를 이끈 박정열 서강대 기계공학과 교수는 “이 연료전지를 의류, 양말, 속옷에 결합하면 체액을 활용해 많은 전기에너지를 생성할 수 있다”며 “향후 다른 섬유 기반 연료전지처럼 세탁 후에도 망가지지 않게 만드는 연구가 필요하다”고 말했다.

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