최근 병원 밖에서 이용하는 '일회용 검사 장치'나 의약품 또는 식품 등을 센서로 관리하는 '스마트 패키징'이 주목받고 있습니다.
동시에 이것들을 가동시키기 위한 '일회용 소형 전지'의 수요도 높아지고 있습니다.
여기서 스위스 연방 재료 시험 연구소(EMPA)에 소속된 구스타프 뉴스트론씨의 연구팀은 생분해성의 종이 전지를 개발했습니다.
이 종이전지는 물 두 방울을 떨어뜨리는 것만으로 전력을 공급할 수 있어서 알람시계를 작동시키는 데도 성공했습니다.
본 연구에 대한 자세한 내용은 2022년 7월 28일자 과학잡지 'Scientific Reports'에 게재되었습니다.
요약
- 종이와 잉크로 만든 종이 전지
- 물방울로 활성화시키는 '종이 전지'가 알람 시계에 전력을 공급하다
종이와 잉크로 만든 종이 전지
전지는 양극 또는 음극이 되는 2종류의 금속, 전기의 통로인 전해액, 그리고 양극과 음극의 접촉을 막는 분리막 등으로 이루어져 있습니다.
그러나 종래의 전지로는 최근 높아지고 있는 '일회용'의 수요를 충분히 충족할 수 없습니다.
이에 뉴스트론 씨의 연구팀은 저비용, 고안전, 저독성의 새로운 유형의 전지를 개발하기로 했습니다.
그들은 종이와 잉크에 전지 성분을 넣어서 일회성 조건을 충족시킨'종이전지'를 개발한 겁니다.
먼저 종이의 한쪽 면에는 양극으로 기능하는 그라파이트 분말이 함유된 잉크(아래 그림: Air cathode)가 도포되어 있습니다.
그리고 뒷면에는 음극으로 기능하는 아연 분말이 함유된 잉크(아래 그림: Zincanode)가 도포되어 있습니다.
또한 종이(아래 그림: Paper membrane)에는 염화나트륨이 함유되어 있어 여기에 적은 양의 물을 흘리면 전해 용해액이 만들어집니다.
즉 금속 분말을 함유한 잉크가 양극과 음극에,소금물이 전해액으로 심지어 종이 자체가 분리막 역할을 담당함으로써 인쇄된 만큼의 종이가 전지로서 작용하는 것입니다.
종이 전지의 양 끝과 전자기기를 전선으로 연결한다면 기존 전지와 마찬가지로 전력을 공급해 줍니다.
그럼 이 종이 전지의 경우 어떤 장점이 있는 것일까요?
물방울로 활성화시키는 '종이 전지'가
알람 시계에 전력을 공급하다
종이 전지의 장점 중 하나는 '물로 활성화된다'는 점에 있습니다.
연구팀에 따르면 "건조한 상태라면 매우 긴 수명을 가질 수 있다"고 합니다.
그리고 전지로 이용하고 싶을 때 약간의 물을 흘리기만 하면 됩니다.
실험에서는 1셀의 종이전지(위 그림 좌측)를 20초 안에 활성화시키는 데 두 방울의 물을 흘리는 것만으로 충분했습니다.
1셀의 전압은 1.2V이며 약 1시간에 걸쳐 안정적으로 전력을 공급할 수 있었습니다.
1시간 이후에는 종이가 건조해지면서 큰 폭으로 전압이 저하되었지만,다시 물 두 방울을 더 보태서 0.5V로 한 시간 더 유지할 수 있었던 것 같습니다.
일반적인 알칼리 건전지의 전압이 1.5V인 것을 생각하면, 괜찮은 성능이라고 말할 수 있을지도 모르겠습니다.
참고로 실험에서는 2셀 버전의 종이 전지가 액정 디스플레이가 달린 소형 알람시계에 필요한 전력을 공급할 수 있다는 것도 증명됐습니다.
또한 이 종이 전지의 재료는 생분해성이 있어 저렴하기 때문에 일회용 디바이스에는 적합하다고 할 수 있습니다.
물론 종이전지 연구는 아직 초기 단계이며 몇 가지 개선점이 남아 있습니다.
실용화하기 위해서는 낮은 전력 밀도와 물의 증발로 인한 기능 저하 문제를 해결해야 할 것입니다.
그래도 여기에는 충분한 장래성이 있습니다.
상품이나 디바이스에 붙어 있는 종이 태그가 종이 전지로 기능하며 필요한 전력을 공급해 주는 미래가 다가올지도 모릅니다.
관련원문은 아래링크를 참고하세요.
Water activated disposable paper battery
https://www.stylec.co.kr/short/g9HiO72gPo
[STYLE C] 보랄 에어타운 바디드라이어 BRD1300
8% OFF → 159,000원, 공유판매 시 3% 추가 적립!
stylec.onelink.me
'과학,IT,TECH' 카테고리의 다른 글
| 6000년 전에 '최고의 수박'상태는 쓴맛으로 인류는 씨앗만 먹었다! (0) | 2022.08.04 |
|---|---|
| 야간에 꽃의 수분 작업은 실제로 벌이 아니라 '나방'이 하고 있었다! (0) | 2022.08.03 |
| 천공을 향해 뻗은 수직 미래 도시의 건설 ' THE LINE' (0) | 2022.08.01 |
| AI 에게 물리 법칙을 학습시켰더니 미지의 물리 변수로 현상을 표현하기 시작했다! (0) | 2022.07.29 |
| 거미의 사체를 자유자재로 조작! 공학적 강령술 '네크로보틱스'가 등장! (0) | 2022.07.28 |
