Fuel cell

목차

⑴ Fuel cell의 새로운 소재 개발의 필요성
⑵ Enzyme-based Glucose/O2 Biofuel Cell
⑶ Enzyme-based Glucose/O2 Biofuel Cell 의 소형화 원리
⑷ Membrane-less Biofuel cell의 제작 원리 및 작동 조건
① Biofuel Cell 제작원리
② Biofuel Cell 작동조건
⑸ Enzyme-based Glucose/O2 Biofuel Cell 의 응용(Application)

본문내용

있다. 이 화학반응은 양쪽으로 나뉘어 2개의 반쪽 전극반응으로 일어난다.
한 전극은 고분자와 glucose 산화효소라고 불리는 효소로 코팅이 되어 있으며, 이 glucose 산화효소(Glucose Oxidase)가 glucose로부터 전자들을 빼앗는다. 그리고 고분자는 효소와 탄소 섬유 간에 전기적 연결을 시켜준다.
또 다른 전극에서는 고분자 전선으로 연결된 또 다른 효소가 용해되어 있는 산소에 전자들을 공급한다. 반응이 계속 진행되면, 전자들이 전기적 회로를 따라 흐르게 되어 전류가 생성된다.
Glucose → Gluconolactone + 2H+ + 2e-
O2 + 2H- + 2e- → H2O
② Biofuel Cell 작동조건
Biofuel Cell은 보통 혈액의 온도(섭씨 37℃)와 알칼리성(pH 7.2)에서 작동한다. 그리고 생산하는 전력은 거의 손목시계 배터리와 비슷한 수준인 약 1.9㎼이다. 이 정도면 당뇨병 모니터링용 glucose sensor를 구동할 수 있다.
<>
Methanol/O2
Glucose/O2
Current density
>100mA cm2
~1mA cm2
Life
Year
Week
pH
0
7
Temp(℃)
>70
37
volume
>1cm3
0.01mm3
Footprint
>1cm2
<1mm2
Cost
>$100
<$1
⑸ Enzyme-based Glucose/O2 Biofuel Cell 의 응용(Application)
2002년 미국 뉴욕주립대의 산지브 톨워 교수팀은 쥐의 뇌에 전극을 꽂아 멀리 떨어진 곳에서 리모콘으로 조종 할 수 있는 생체로봇 쥐인 Ratbot을 개발했다고 발표하 였다.
Ratbot의 경우 쥐의 뇌에 여러 개의 전극을 심고 특정한 명령에 해당하는 전기 신호를 뇌에 보냄으로써 조종하는 이의 의도대로 움직이도록 만든 생체 로봇이다.
이러한 Ratbot의 만든 이유는, 살아있는 쥐의 경우 인공 지능보다 똑똑하고 험하거나 좁은 곳도 쉽게 다닐 수 있 어 인간이 만든 로봇보다 많은 역할을 할 수 있을 것이 라 예상했다. 그뿐만 아니라 전쟁터에서 땅 속에 숨어 있는 지뢰를 찾거나 지진이 난 곳에서 건물잔해에 깔린 사람들을 찾는데 이용할 수 있을 것이라 추측했다.
이런 Ratbot 역시 살아있는 생물체이기에 glucose와 산소를 이용하여 대사작용을 함으로써 발생되는 에너지를 전기에너지로 전환시킬 수 있을 것이다. 이런 원리를 이용하여 일반적인 cell이 아닌 Biofuel Cell을 Ratbot에 삽입시키게 되면 전쟁터와 같은 극한 상황에서 전기를 만들어내는 화학적 반응물이 없더라도 생체 내 glucose와 산소를 이용하여 충분히 전기 에너지를 만들어 냄으로써 Ratbot의 의무를 충실히 이행시킬 수 있을 것이다. 그 외에도 비용적 측면에서의 이점, 그리고 살아있는 쥐에 전극을 심음으로써 생기는 동물 학대라는 비난도 조금은 피해갈 수 있을 것이다.

키워드

Fuel cell,   biofuel cell,   신재생,   에너지,   전지,   연료