엄숭호 교수, 종(種)의 유전자 활용해 휘어지는 고성능 에너지 저장 전해질 물질 개발

– 세계적 학술지 PNAS Nexus 연구논문 게재

– 쓸모없이 버려지는 유전자 재활용해 고성능 에너지 저장 소자로 제작

– 값싸고 환경친화적인 고성능 전해질 물질 생산 가능 확인

 

세계적 학술지인 PNAS Nexus에 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수 연구팀이 저술한 ‘A Biospecies-derived Genomic DNA Hybrid Gel Electrolyte for Electrochemical Energy Storage’ 논문이 그 중요성을 인정받아 신속 출간으로 지난 5월 30일에 온라인 게재되었다.

엄 교수 연구팀이 진행한 이번 연구는 유전자인 핵산 고분자를 사용하여 기존 전해질 물질의 한계점을 극복하는 고성능 녹색 에너지 저장 장치를 개발하는 연구로 향후 인체 부착용 웨어러블 유연 전자 시스템에서 잠재력을 가질 것으로 기대된다.

최근 첨단 에너지 저장 장치에 대한 수요가 증가함에 따라 높은 성능을 가지면서도 지속 가능성을 가진 새로운 재료의 필요성이 강조되고 있다. 이러한 전기 저장 장치를 만들기 위해서는 작고 가벼우며 가능한 한 많은 전기 에너지를 포함할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 우수한 전극-전해질 계면으로 전극 사이의 금속 이온을 효율적으로 포집하고 운반하는 새로운 전해질을 개발하는 것이 필수적이다.

엄숭호 교수 연구팀은 살아있는 유기체에 존재하는 유전 물질인 핵산(DNA)이 에너지 저장 응용 분야에 매우 바람직한 구조적, 전기화학적 및 자체 조립 특성이 있다는 것을 발견하고 천연 다당류(아가로스, 알긴산, 리그닌)와 여러 종(種)(연어, 닭, 인간 등)의 게놈 DNA의 하이브리드 겔 전해질을 만들었다.

 

연구팀이 개발한 에너지 저장 장치는 그 성능과 기능을 향상할 수 있는 고유한 물리적 특성과 기능적 다양성을 갖추고 있다. 또한 생물학적 시스템으로 만들어져 화학적으로 안정하고 독성이 없고 우수한 이온 전도성을 가져서 뛰어난 에너지 저장 성능을 제공한다. 연구팀은 “73.27 mS/cm의 높은 이온 전도도를 입증하고 하이브리드 겔의 구성 요소 간의 시너지 특성을 활용하여 425 F/g의 최대 비정전 용량을 나타내는 혁신적인 에너지 저장 장치를 위한 길을 열었다”고 설명했다.

엄숭호 교수는 “어류 가공 산업에서 피부, 뼈, 머리 등 대부분은 바이오 폐기물로 버려져 심각한 환경 오염의 원인으로 지목받고 있다”라며 “쓸모없이 버려지고 있는 유전자를 재활용하여 값지고 의미 있는 에너지 저장 소자로 만들 수 있을 것”이라고 말했다. 덧붙여 “LED, 디지털시계, 소형 자동차 및 모터 팬과 같은 다양한 전자 부품에 쉽게 적용할 수 있어 에너지 저장 산업에 혁명을 일으키고 지속 가능하고 친환경적인 에너지 저장 장치의 새로운 지평을 열 수 있을 것”이라고 말했다.

연구팀은 유전자인 핵산 고분자의 전기화학적 특성을 더 깊이 이해하기 위한 노력과 차세대 에너지 저장 물질로 활용할 수 있도록 성능을 최적화하는 후속 연구를 함께 진행하고 있다.

이번 연구는 한국연구재단 중견 연구자 후속 연구 지원사업과 국내 바이오 벤처 기업인 주식회사 프로지니어와 협업으로 진행되었다.