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접어 쓰는 종이 박테리아 배터리

  • 2017.02.13.
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휘어지고, 접고, 둥글게 말고… 종이 배터리 기술이 날로 새로워지고 있습니다. 종이 배터리에 전력을 공급하는 요소는 나무의 40%를 구성하는 셀룰로오스, 섬유소라고도 합니다. 이 섬유소를 종이 배터리로 만들려면 사람 머리카락의 5만분의 1 두께로 균일하게 코팅합니다. 이 같은 ‘나노 셀룰로스’는 초극세 섬유로 활용폭 또한 넓어 ‘꿈의 첨단 소재’라 불립니다. 전문가들은 종이 배터리 기술이 웨어러블 기기뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 동력 에너지로도 사용될 것으로 전망하고 있습니다. 종이로 만들어진 초고용량 축전지가 전기를 신속하게 전달할 수 있기 때문입니다. 또 최근 떠오르는 지능형 전력망 구축에 필요한 대용량 저장장치에도 크게 활용될 것이라고 합니다.

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종이 배터리 구조.

이처럼 종이 배터리 개발은 순항중인데요. 전기 전자 외에도 생체의학, 나노 복합 재료에 쓰이고도 있습니다. 생물학적 센서를 가진 ‘바이오액티브 종이’가 주목받고 있습니다. 세균이나 독성물질을 감지할 수 있는 이 종이를 포장지로 쓴다면 유통 제품의 품질 관리를 철저하게 할 수 있습니다.

이전까지의 종이 배터리의 바이오 센서는 배터리를 따로 연결해야 작동이 가능했지만, 미국 뉴욕주립대학교 빙엄턴 대학의 최석현 교수 연구팀이 박테리아의 호흡을 이용해 전기를 만드는 종이 배터리를 개발해냈습니다.

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최 교수 연구팀이 개발한 종이 박테리아 배터리.

전기를 발생시키는 방법도 기상천외합니다. 최 교수의 연구팀은 종이에 은질산염을 발라 음극을 만들고, 전도성 폴리머를 발라 양극을 만들었습니다. 그리고 음극과 양극을 겹치게 한 뒤 박테리아가 가득한 액체를 떨어뜨리게 되면 미생물세포가 호흡하면서 전기를 발생시킵니다. 버리는 물이나 침 한 방울이면 전기가 만들어지는 셈이지요. 연구팀은 이 같은 방식으로 31~44 마이크로 와트를 생산해냈습니다.

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접은 모양의 종이 박테리아 배터리를 들고 있는 최석현 교수.

전기 생산이 턱없이 작은데, 하다못해 휴대전화라도 충전할 수 있을까 궁금하시죠? 이 종이 박테리아 배터리가 주목받는 이유는 ‘질병 진단 키트’에 유용하게 쓰일 수 있기 때문입니다. 환자의 병명을 신속하게 진단해야 하는 상황이면 전기가 끊어진 환경일 수 있고, 전기가 잘 들어오지 않는 지역일 수도 있습니다. 게다가 진단 키트는 한 번 사용 후 폐기하는 일회용이라 굳이 비싼 배터리를 사용하지 않아도 되기 때문에, 시판중인 배터리를 사용할 수도 없고요.

이런 ‘종이 배터리’ 연구의 최종 목적은 인공장기의 동력으로 쓰는 것이라고 합니다. 이때는 박테리아가 아니라 우리 몸의 혈액, 땀, 소변 등이 전해질로 사용되겠지요. 이 물질들을 흡수시켜 전기를 발생시키기 때문에, 몸속에 이식된 종이 배터리는 따로 충전도 필요 없고요. 놀라운 종이의 낯선 변신, 언제쯤 마주할 수 있을까요?

사진출처
주간조선
미래창조과학부 블로그

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