[전남투데이 윤진성 기자]전남대 기계공학부 최은표 교수와 서강대 기계공학과 박정열 교수 연구팀이 전기뱀장어의 발전 원리와 구조를 모사한 마이크로 크기의 고전압 에너지 발생기를 개발하는 데 성공했다.

인체 삽입형 의료기기 및 마이크로·나노 로봇과 같은 미래기기 개발을 위해서는 에너지 공급원에 관한 연구가 필수적이지만 오염물질 방출 없이 지속적으로 전원을 공급할 수 있는 장치에 대한 연구는 부족한 실정이다.

또한, 최근 마이크로 디바이스의 전원 공급 장치로 오염물질 없이 전기 생산이 가능한 이온 농도차 발전이 주목받고 있으나 기존 기술로는 양이온 또는 음이온 막 한 개만 사용이 가능해 출력 전압이 매우 낮아 실제 활용에는 한계가 있다.

이와 같은 상황에서 연구팀은 수천 개 이상의 전기발생세포(전기뱀장어의 생체 내 이온 농도차를 유지하고 이온의 선택적인 이동을 허용하는 세포)가 직렬 연결돼 있어 필요 시 이온 농도차에 의한 이온 이동을 통해 약 600볼트의 전압을 발생시킬 수 있는 전기뱀장어의 발전 원리를 모방해 마이크로 크기의 고전압 에너지 발생기를 개발해냈다.

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

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

최은표 교수는 “이 기기를 활용하면 인체의 땀, 혈액, 오줌 등을 통해서도 에너지를 얻을 수 있다.”고 설명했다.

이번 연구 성과는 에너지분야 국제학술지인 Nano Energy (영향력지수: 12.343) 12월 1일 자에 게재됐다.

*논문명: High-voltage nanofluidic energy generator based on ion-concentration-gradients mimicking electric eels