전기뱀장어에서 영감받은 고전압 에너지 발생기 개발

국내 연구진이 전기뱀장어의 발전원리와 구조를 모방해 마이크로 크기의 고전압 에너지 발생기를 개발했다. 한국연구재단은 서강대 박정열·전남대 최은표 교수 공동 연구팀이 이 같은 성과를 거뒀다고 20일 밝혔다.

인체 삽입형 의료기기 및 마이크로·나노 로봇 등의 미래기기 개발을 위해서는 에너지 공급원에 관한 연구가 필수다.

그러나 마이크로·나노 크기의 디바이스의 급속한 발전에도 여전히 오염물질 방출 없이 지속해서 전원을 공급할 수 있는 장치 연구는 미흡한 실정이다.


최근 마이크로 디바이스의 전원공급 장치로 오염물질 없이 전기 생산이 가능한 이온 농도차 발전이 주목받았지만 기존 기술로는 양이온 막 혹은 음이온 막 하나만 사용이 가능해 출력 전압이 매우 낮다. 따라서 실제 활용에는 한계가 있는 상황이었다.

연구팀은 수천개 이상의 전기발생세포(eletrocyte)가 직렬로 연결돼 필요 시 이온 농도차에 의한 이온 이동으로 약 600V의 전압을 발생시킬 수 있는 전기뱀장어의 발전 원리를 모방, 마이크로 크기의 고전압 에너지 발생기를 개발하는 데 성공했다.


연구팀이 개발한 고전압 에너지 발생기는 양이온 또는 음이온만을 통과시키는 3차원 나노채널 네트워크 기반의 이온 교환막을 제작해 일정한 간격으로 직렬 배치하고, 그 사이에 이온 농도차를 발생시켜 수㎜ 크기에서 1V 정도의 전압을 얻었다.

또 이온 교환막 사이의 거리를 최적화시켜 전기뱀장어의 전기발생세포의 세포막 사이 거리와 비슷한 간격(약 80㎛)을 찾아냈으며, 인공적인 단일 셀(cell)에서 발생하는 전압도 전기뱀장어의 전기발생세포에서 생성되는 전압(150㎷)과 매우 유사하다는 사실을 확인했다.


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

이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노에너지(Nano Energy)’ 지난 1일자에 게재됐으며, 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구‧기초연구실) 등의 지원으로 수행됐다.