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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.
