연료 전지는 토양에서 에너지를 추출합니다.

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노스웨스턴 대학교의 연구팀이 미생물이 토양을 분해하는 과정에서 에너지를 얻는 새로운 연료 전지를 개발했습니다.

3D 프린터로 제작된 배터리 덮개가 지면에서 튀어나와 있다. 사진: 빌 옌/노스웨스턴 대학교 — 3D 프린터로 제작된 배터리 덮개가 지면에서 튀어나와 있다. 사진: *빌 옌/노스웨스턴 대학교*

소책자 크기의 토양 에너지 배터리가 농업용 지하 센서에 사용되는 배터리를 대체할 수 있는 실현 가능한 대안이라고 Interesting Engineering 이 1월 16일 보도했습니다. 이번 연구는 학술지 인 ACM(Association for Computing Machinery)의 인터랙티브, 모바일, 웨어러블 및 유비쿼터스 기술 학회지(Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies)에 게재되었습니다.

전문가팀은 새로운 연료전지의 내구성을 강조하며, 건조한 땅과 홍수 발생 지역을 포함한 다양한 환경 조건에서도 견딜 수 있는 능력을 언급했습니다.

"이러한 미생물은 매우 흔하며, 모든 토양에 서식합니다. 우리는 간단한 시스템을 이용하여 이 미생물로부터 전기를 생산할 수 있습니다. 이 정도의 전기로 도시 전체에 전력을 공급할 수는 없겠지만, 실용적인 저에너지 응용 분야에 사용할 수 있는 소량의 전기를 생산할 수 있습니다."라고 연구팀의 일원인 조지 웰스는 말했습니다.

배터리에서 나오는 화학 물질은 토양으로 스며들 수 있습니다. 따라서 이 새로운 기술은 독성 및 가연성 배터리 부품과 관련된 우려를 해소하는 친환경적인 대안이기도 합니다.

새로운 연료전지는 양극에 탄소 섬유를, 음극에는 불활성 전도성 금속을 사용합니다. 연구팀은 음극 표면에 방수 소재를 적용하여 침수 환경에서도 작동할 수 있도록 하고, 침수 후에도 건조될 수 있도록 했습니다.

실험실에서 깨끗한 연료 전지(왼쪽)와 먼지가 묻은 연료 전지(오른쪽). 사진: 빌 옌/노스웨스턴 대학교 — 실험실에서 깨끗한 연료 전지(왼쪽)와 먼지가 묻은 연료 전지(오른쪽). 사진: *빌 옌/노스웨스턴 대학교*

시제품 연료전지는 효율적으로 작동하여 센서 작동에 필요한 전력량의 68배에 달하는 전력을 생산합니다. 또한, 이 배터리는 토양 수분의 급격한 변화에도 견딜 수 있을 만큼 견고합니다. 연구팀은 토양 센서를 무선 통신을 위한 소형 안테나에 연결하여 연료전지가 인근 관측소로 데이터를 전송할 수 있도록 했습니다. 특히, 이 새로운 연료전지는 건조한 환경과 습한 환경 모두에서 작동할 뿐만 아니라, 기존 기술보다 약 120% 더 오래 지속됩니다.

"사물 인터넷에 연결된 기기의 수는 끊임없이 증가하고 있습니다. 미래에 수조 개의 기기가 등장할 것을 예상한다면, 리튬, 중금속, 그리고 기타 환경 유해 물질을 사용하여 이 모든 기기를 제조하는 것은 불가능합니다."라고 이번 연구의 책임 연구원인 빌 옌은 말했습니다.

"우리는 분산된 장치 네트워크에 전력을 공급할 수 있는 소량의 에너지를 제공하는 대안을 찾아야 합니다. 이를 위해 우리는 토양 기반 미생물 연료 전지를 연구해 왔습니다. 특수 미생물을 이용하여 토양을 분해하고 센서에 소량의 전기를 공급하는 방식입니다. 토양에 미생물이 분해할 수 있는 유기 탄소가 있는 한, 연료 전지는 무기한으로 작동할 수 있습니다."라고 옌은 결론지었다.

Thu Thao ( Interesting Engineering 에 따르면)

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