- 전압역전의 원인과 해결방안 제시로 집적화를 통한 전력향상 기대, 리뷰논문 소개
- 장인섭 교수 연구팀, 국제학술지인 트렌드인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)에 연구성과 게재
(그림) 미생물연료전지에서의 직렬연결과정에서 발생하는 전압역전현상
우주비행사의 배설물을 지구로 되가져오지 않기 위해 본격 연구되기 시작했다는 미생물 연료전지*. 폐기물을 처리하면서 동시에 전기도 생산할 수 있는 미래에너지이지만 효율이 낮아 실용화가 어려웠다.
땀으로 충전되는 웨어러블 기기, 처리장 하수를 활용한 전력생산 등 미생물 연료전지에 대한 수요가 이어지는 가운데 실용화를 앞당길 연구결과가 소개되었다.
* 미생물 연료전지(Microbial Fuel Cel) : 미생물이 땀, 오폐수 등 여러 유기물을 분해하는 과정에서 만들어지는 전자, 수소이온 등이 전극을 오가며 전기를 생산한다. 안정성과 지속성이 뛰어나고 친환경적이라는 장점이 있다.
광주과학기술원(총장 김기선, 이하 지스트) 지구‧환경공학부 장인섭 교수 연구팀은 미생물 연료전지 실용화의 걸림돌 가운데 하나인 전압역전현상을 극복할 방안을 제안했다.
해당 성과는 국제적 학술출판사 Cell Press가 발행하는 국제학술지로부터 의뢰받아 관련 분야의 연구동향을 망라하면서 직접 도출한 연구성과를 더한 리뷰(Review) 논문으로 소개되어 더욱 주목받는다.
바이오연료전지는 이론적 발생전압이 낮기 때문에 단위셀(Unit Cell)을 길이방향, 즉 직렬로 연결하는 방식으로 출력을 높이는데, 이 과정에서 단위셀의 전압이 역전되는 전압역전(voltage reversal) 현상이 빈번하게 발생하여 전체 시스템의 성능이 저하되는 것이 실용화의 걸림돌 가운데 하나였다.
그간 이 현상에 대한 특징과 추정 원인들에 대한 논문이 발표되었으나 해결에 대한 실마리는 찾지 못한 상태였다.
연구팀 역시 전압역전현상의 발생원인에 대한 심층연구를 수행, 역전현상에 기여하는 요인들을 음극부, 양극부 등 각 부분별로 확인한 연구결과를 여러 국제학술지에 발표한 바 있다.
이같은 연구를 지속한 결과 연구팀은 전압역전의 근본적인 원인이 시스템을 구성하는 단위셀들 간의 성능 차이 때문임을 알아냈다.
단위셀 내 양극과 음극의 반응속도 차이 또는 단위셀간 성능의 불균형(imbalance)을 최소화 하는 것이 해결책임을 알게 되었다.
이에 각 셀들의 전류생산 능력(State of Current Production)이라는 용어를 제안하고, 이들간 균형을 유지할 수 있는 방안을 제시하였다.
연구팀은 산화환원효소를 사용하는 극소형 효소연료전지 시스템 집적화에 제안한 방식을 우선 적용할 계획이며 미생물연료전지 매크로시스템의 효율화에 대한 연구를 지속할 계획이다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구지원사업(중견연구)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 트렌드인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)에 1월 21일 게재되었다.
[보도자료] 장인섭 교수 연구팀, 미생물 연료전지 실용화 난제 극복을 위한 길잡이 제시(한국연구재단)
[관련논문] Controlling Voltage Reversal in Microbial Fuel Cell (DOI: doi.org/10.1016/j.tibtech.2019.12.007)
