생체고분자를 전해질로 이용한 바이오 연료전지

전문가 제언

○ 자연계에 풍부한 생체고분자 콜라겐에 가습을 하면 프로톤 전도물질로 되고 연료전지 전해질로 사용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 콜라겐의 프로톤수송이 가습에 의한 워터브리지의 형성에 기인하여 워터브리지 내의 수소결합의 교환과 워터브리지 자체의 교환에 의해 실현하는 것을 관찰할 수 있다. 워터브리지는 콜라겐의 펩티드 사슬 내부 및 펩티드 사슬 사이에서 카르보닐기 또는 히드록시 프롤린을 경유한 수 종류의 워터브리지가 수화에 의해 형성되는 것으로 알려져 있다.

 

○ 비커에 탈이온수를 2000 Volt의 전원을 고급하면 양쪽 비커에서 물이 솟구친 뒤 연결되어 비커를 바깥쪽으로 끌어당기면 물이 옆으로 늘어지면서 물로 된 다리(water bridge)가 만들어지는데 이것은 절단되지 않고 수 시간 동안 지속된다. 워터브리지 현상은 100년 전에 처음 발견되었지만 이 물로 된 다리가 어떻게 중력을 거슬러 추락하지 않는지가 수수께끼였으나 최근에 유전체 장력이 물 분자를 수소 결합보다 더 강하게 서로 끌어당기게 만들어져 워터브리지의 기본 골격으로 작용하는 것이 밝혀졌다.

 

○ 이 워터브리지는 10Å정도의 길이를 가진 상관관계가 강한 극성분자(수소결합으로 결합한 극성분자)이라는 것을 고려하면 관측된 비교적 긴 유전완화가 가습에 따른 워터브리지의 형성에 의한 것으로 생각된다. 유전율의 증가와 함께 프로톤 전도도가 상대습도의 증가와 함께 증가하는 것을 고려하면 워터브리지 내에서 수소화합물의 재배열 및 워터브리지 사이에서 프로톤의 이동에 의해 프로톤 수송이 실현됨을 알 수 있다.

 

○ 이온수송은 에너지의 생성, 변환에 있어 중요한 요소이고 연료전지와 축전지에 꼭 필요한 성질이다. 우리나라에서도 과기원 등 대학과 출연연구소를 중심으로 생체고분자(특히 콜라겐)를 새로운 이온수송물질이란 관점에서 파악하고 차세대에너지로서 기대되는 연료전지의 전해질로 이 생체고분자를 적용하고자 많은 연구가 진행되고 있으며 이에 대한 메커니즘을 규명하고자 하는 연구도 활성화되고 있다.

저자

Yasumitsu Matsuo

자료유형

니즈학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

전기·전자

연도

2014

권(호)

13(4)

잡지명

燃料電池

과학기술
표준분류

전기·전자

페이지

60~64

분석자

오*섭

분석물

• 생체고분자를 전해질로 이용한 바이오 연료전지.pdf [194,820 byte]

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