이석원 기자
UC샌디에이고 연구팀이 손가락에 장착해 사람 땀에서 소량 전력을 생산할 수 있는 얇은 유연한 바이오 연료전지를 개발했다. 이 바이오 연료전지는 착용자가 운동하고 대량으로 땀을 흘리고 있을 때 뿐 아니라 잠잘 때나 앉아있을 때에도 전력을 생성할 수 있기 때문에 착용 단말에 소중한 에너지원이 될 수 있다.
이번에 발표된 바이오 연료전지는 손가락에 감을 수 있을 만큼 얇고 유연한 필름 형태다. 카본 전극에서 땀을 흡수해 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전극 부분에는 땀에 포함된 젖산과 산소 분자 화학 반응을 일으키는 효소가 포함되어 있으며 전극 아래에 압전 재료로 만들어진 칩이 탑재되어 있다. 그러면 필름을 감은 손가락으로 물건을 누르면 추가 전기 에너지를 생성할 수 있다.
사람 땀에서 전력을 생성할 수 있는 바이오 연료전지를 개발한 연구팀은 개발한 바이오 연료전지에 대해 다른 땀에서 전력을 생산하는 장치와 달리 운동 등 대량으로 땀을 흘리는 상황과 물리적 압력을 필요로 하지 않기 때문에 실용적이라며 웨어러블 기기를 더 실용적이고 편리하게 일상에 녹아들게 만들 수 있다고 설명하고 있다.
이 필름을 손가락에 감으면 웨어러블 단말 전원으로 사용하는 게 가능하다. 연구팀은 이 바이오 연료전지 목표는 웨어러블 단말을 자연스럽게 작동할 수 있도록 해 배터리에 대한 고민을 제거하는 것이라고 밝혔다.
바이오 연료전지는 손끝에서 나오는 땀에서 전력을 생성한다. 손가락은 몸에서 가장 많은 땀을 흘리는 부위 하나로 손가락에 1,000개 이상 땀샘이 존재하고 있기 때문에 신체 다른 부위보다 100∼1,000배 가까이 많은 땀을 내는 게 가능하다. 연구팀은 손가락보다 다른 부위에서 더 많은 땀을 느끼는 이유는 해당 부위가 통풍이 잘 되지 않기 때문이라며 반대로 손가락은 항상 공기에 노출되어 있기 때문에 땀은 곧바로 증발한다는 설명이다. 따라서 땀을 증발시키는 게 아니라 장치 발전용으로 이용해 효율적으로 전력을 생성할 수 있다는 것이다.
바이오 연료전지는 사람 땀에서 뿐 아니라 가볍게 눌러도 전력을 생성할 수 있다. 따라서 손가락에 바이오 연료전지를 장착한 채 타이핑이나 마우스 클릭, 피아노 연주, 모스 신호 입력 등을 실시해 발전이 가능하다.
한 손가락으로 필름을 끼고 10시간 자면 바이오 연료전지는 400밀리주울 에너지를 수집하는데 성공했다고 한다. 이는 전자시계에 24시간 분량 전력을 공급하기에 충분한 에너지량이다. 그 밖에 필름을 손가락에 감은 채 1시간 타이핑이나 마우스 클릭을 해본 결과 바이오 연료전지는 30밀리주울 에너지 수집에 성공했다. 바이오 연료전지 필름을 모든 손가락에 감으면 10배 에너지를 생성할 수 있다.
필름을 입은 사람이 땀을 흘리거나 필름을 넣으면 전기 에너지가 발생하지만 이 전기 에너지는 작은 콘덴서에 축적, 필요에 따라 장치에 공급할 수 있다. 연구팀은 목표가 바이오 연료전지를 이용한 장치를 만드는 것이며 바이오 연료전지가 소량 에너지를 생성할 수 있는 단순히 멋진 게 아니라는 걸 보여주고 싶다며 실제로 땀에서 생성된 에너지를 이용해 센서와 디스플레이 등 전자기기에 전력을 공급하는 것도 가능하다고 밝혔다. 연구팀은 이를 더 개선해 효율적이고 내구성이 있는 걸 목표로 하고 있으며 앞으로 다른 종류 발전 장치와 결합해 차세대 웨어러블 시스템을 개발하는 걸 염두에 두고 있다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
정용환 기자
