전기뱀장어를 모티브로한 고전압 에너지 발생기 '개발'

박정열 서강대 교수

최은표 전남대 교수

전기뱀장어를 모사한 고전압 나노유체 에너지 발생기

제작된 나노유체 에너지 발생기

국내 연구진이 전기뱀장어를 모방한 고전압 에너지 발생기를 개발했다.

한국연구재단은 박정열 서강대 교수와 최은표 전남대 교수 연구팀이 전기뱀장어의 발전 원리와 구조를 모사한 마이크로 크기의 고전압 에너지 발생기를 개발했다고 20일 밝혔다.

현재까지 인체 삽입형 의료기기와 마이크로·나노 로봇과 같은 미래기기 개발을 위해서는 에너지 공급원에 관한 연구가 지속됐다. 그러나 마이크로·나노 크기의 디바이스의 급속한 발전에도 여전히 오염물질 방출 없이 지속해서 전원을 공급할 수 있는 장치 연구는 부족했다. 기존 기술로는 양이온 또는 음이온 막 한 개만 사용이 가능해 출력 전압이 매우 낮아 실제 활용에는 한계가 있었다.

연구팀은 이런 한계를 뛰어넘었다. 연구팀은 수천 개 이상의 전기발생세포가 직렬로 연결돼 있어 필요 시 이온 농도차에 의한 이온 이동을 통해 600V의 전압을 발생시킬 수 있는 전기뱀장어의 발전 원리를 모방해 마이크로 크기의 고전압 에너지 발생기를 개발하는 데 성공했다.

이 연구에서 개발된 고전압 에너지 발생기는 양이온 또는 음이온만을 통과시키는 3차원 나노채널 네트워크 기반의 이온 교환막을 제작해 일정한 간격으로 직렬 배치했다. 또 그사이에 이온 농도차를 발생시켜 수 mm의 크기에서 1V 정도의 전압을 얻었다. 연구팀은 이온 교환막 사이의 거리를 최적화시켜 전기뱀장어의 전기발생세포의 세포막 사이 거리와 비슷한 간격(약 80㎛)을 찾아냈다. 또 인공적인 단일 셀(cell)에서 발생하는 전압도 전기뱀장어의 전기발생세포에서 생성되는 전압(150㎷)과 매우 유사하다는 사실을 확인했다.

박정열 교수는 "작은 부피에서도 높은 전압을 발생시킬 수 있다면 인체 삽입형 의료기기나 마이크로·나노 로봇과 같은 미래기기 개발을 현실화할 수 있을 것"이라며 "나아가 이 기기를 활용하면 인체의 땀, 혈액, 오줌 등을 통해서도 에너지를 얻을 수 있다"고 말했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구·기초연구실) 등의 지원으로 수행됐으며, 에너지분야 국제학술지 나노에너지(Nano Energy) 지난 1일에 게재됐다.
방원기 기자 bang@