KR102608043B1 - 투명 미생물에너지 소자 및 그 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 투명 미생물에너지 소자 제작 방법은 제 1 투명 전극을 배치하는 단계; 상기 투명 전극 상에 조류 세포를 포함하는 제 1 하이드로젤 층을 배치하는 단계; 상기 제 1 하이드로젤 층 상에 나피온 막을 배치하는 단계; 상기 나피온 막 상에 페리시안화칼륨을 포함하는 제 2 하이드로젤 층을 배치하는 단계; 및 상기 제 2 하이드로젤 층 상에 제 2 투명 전극을 배치하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 투명 미생물에너지 소자 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
현재 우리가 주로 사용하는 화석연료는 이산화탄소를 발생시키며, 지구온난화를 가속화한다는 환경적인 문제점이 있기 때문에, 이러한 화석연료를 대체하기 위하여 다양한 에너지원들이 연구되고 있다. 이 중에서도 특히 태양전지와 같이 태양에너지를 전기에너지로 변환하고자 하는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 태양에너지는 지구에서 무한에 가깝게 활용할 수 있는 에너지원이지만, 이를 전기에너지로 변환함에 있어서 아직까지는 효율이나 비용 측면에서 미흡한 점이 많아 널리 실용화되지는 못하고 있다.
한편, 미생물의 에너지 대사에서 발생하는 전자를 이용하는 미생물 연료전지(microbial fuel cell, MFC)는 미생물의 에너지 대사에서 발생하는 전자를 이용하는 것으로서, 미생물이 유기물을 분해하여 ATP를 생산해 내는 과정 중 전자와 수소양이온(proton)이 발생하게 되는 점을 이용한다. 미생물로부터 발생된 전자는 미생물 연료전지의 산화전극(anode)으로 전달되고, 미생물로부터 발생한 수소양이온은 미생물 연료전지의 이온(ion)을 격리하는 반투과성 물질을 통과하여 환원전극으로 확산된다. 확산된 수소양이온은 최종적으로 환원전극에 존재하는 전자, 용해되어 있는 산소와 반응하여 물로 환원되고, 이 과정에서 발생하는 전자의 흐름은 환원전극과 산화전극 사이에 전위차(potential)가 형성되도록 하여 전기를 생산하는 것이다.
종래, 미생물 연료전지에 대한 기술은 대한민국 출원번호 제10-2013-0048692 호 "미생물 연료전지 및 그 제조방법" 외에 다수 출원되어 공개된 바 있다. 하지만, 대부분의 미생물 연료전지의 경우 전력 생산효율이 크게 높지 않고, 미생물의 생존 기간을 고려할 때 장기간 유지되기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 태양에너지를 사용하는 광합성 미생물을 이용하여, 보다 좋은 효율로 전기를 생산함과 동시에 미생물의 생존율을 향상시킴으로써 영구적으로 사용될 수 있는 미생물 전지의 개발이 필요하다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 페리시안화칼륨을 이용하여 미생물로부터 발생하는 수소를 효율적으로 포획하고, 조류 세포를 함유하는 하이드로젤층을 단일 셀 레이어 두께로 얇게 코팅하여 투명성을 확보할 수 있는 투명 미생물에너지 소자 및 그 제작 방법을 제공하고자 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 투명 미생물에너지 소자 제작 방법은 제 1 투명 전극을 배치하는 단계; 상기 투명 전극 상에 조류 세포를 포함하는 제 1 하이드로젤 층을 배치하는 단계; 상기 제 1 하이드로젤 층 상에 나피온 막을 배치하는 단계; 상기 나피온 막 상에 페리시안화칼륨을 포함하는 제 2 하이드로젤 층을 배치하는 단계; 및 상기 제 2 하이드로젤 층 상에 제 2 투명 전극을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 하이드로젤 층은 단일 셀 레이어 구조를 가지되, 8~12㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 제 1 하이드로젤 층은 분산된 복수의 유리 비드 및 전도성 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유리 비드는 상기 제 1 하이드로젤 층의 하이드로젤 총 중량 대비 0.1wt% 내지 5wt%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유리 비드의 길이는 8~12㎛일 수 있다.
또한, 상기 제 1 하이드로젤 층은 바코팅, 나이프코팅 및 슬럿코팅 중 어느 하나의 코팅 방식으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 투명 전극은 그래핀 단층막을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 하이드로젤 층은 상기 나피온 막을 통과하여 확산되는 수소이온을 포집할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 투명 미생물에너지 소자는 제 1 투명 전극; 상기 투명 전극 상에 배치되며 조류 세포를 포함하는 제 1 하이드로젤 층; 상기 제 1 하이드로젤 층 상에 배치된 나피온 막; 상기 나피온 막 상에 배치되며 페리시안화칼륨을 포함하는 제 2 하이드로젤 층; 및 상기 제 2 하이드로젤 층 상에 배치된 제 2 투명 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 하이드로젤 층은 단일 셀 레이어 구조를 가지되, 8~12㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 제 1 하이드로젤 층은 분산된 복수의 유리 비드 및 전도성 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유리 비드의 길이는 8~12㎛일 수 있다.
또한, 상기 유리 비드는 상기 제 1 하이드로젤 층의 하이드로젤 총 중량 대비 0.1wt% 내지 5wt%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 투명 전극은 그래핀 단층막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 투명 미생물에너지 소자 및 그 제작 방법은 페리시안화칼륨을 이용하여 미생물로부터 발생하는 수소를 효율적으로 포획하고, 조류 세포를 함유하는 하이드로젤층을 단일 셀 레이어 두께로 얇게 코팅하여 투명성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 미생물에너지 소자 제작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 미생물에너지 소자 제작 방법을 활용하여 제작된 투명 미생물에너지 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 미생물에너지 소자 제작 방법을 활용하여 제작된 투명 미생물에너지 소자를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 미생물에너지 소자 제작 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 미생물에너지 소자 제작 방법을 활용하여 제작된 투명 미생물에너지 소자를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 미생물에너지 소자는 조류 세포 및 전도성 물질을 포함하는 하이드로젤로 이루어진 층을 포함하고, 조류 세포는 광합성을 하면서 자체적으로 생존성을 유지할 수 있는 세포로, 빛을 조사하면 광합성이 일어나고, 이때 발생하는 전자는 전도성 물질을 통하여 제 2전극으로 전달되는 원리를 이용한 유기 반도체 소자이다.
본 발명의 유기 반도체 소자는 전자 포집이 용이한 조류 세포를 사용함으로써 독성이 있는 전자 전달체를 사용하지 않아도 되므로 친환경적이다.
또한, 본 발명의 투명 미생물에너지 소자는 하이드로젤의 액체를 사용함으로써 세포에 에너지 공급이 더욱 용이하여 유기 반도체 소자의 효율을 높일 수 있으며, 투명 미생물에너지 소자를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 미생물에너지 소자 제작 방법은 제 1 투명 전극 배치 단계(S10), 제 1 하이드로젤 층 배치 단계(S20), 나피온 막 배치 단계(S30), 제 2 하이드로젤 층 배치 단계(S40), 제 2 투명 전극 배치 단계(S50) 및 보호 필름 배치 단계(S60)를 포함할 수 있다.
이렇게 제조된 투명 미생물에너지 소자는 도 2를 참조하면, 제1보호 필름(111), 제 1 투명 전극(112), 제 1 하이드로젤 층(113), 나피온 막(114), 제 2 하이드로젤 층(115), 제 2 투명 전극(116) 및 제2보호 필름(117)을 포함한다.
제 1 투명 전극 배치 단계(S10)에서는 제 1 보호 필름(111) 상에 제 1 투명 전극(112)을 배치한다.
제 1 보호 필름(111) 후술할 제 2 보호 필름(117)과 쌍으로 구성되며 투명 미생물에너지 소자(100)를 외부 충격으로부터 보호한다. 한편, 제 1 보호 필름(111)은 광이 내부로 입사될 수 있도록 투명 필름으로 구성되는 것이 바람직하다.
제 1 투명 전극(112)은 투명한 전극으로 사용되는 ITO 전극으로 구성될 수 있으며, 투명하게 적용될 수 있는 전극이라면 투명 전극이 아니더라도 적용될 수 있다. Pt 혹은 Au의 경우에도 진공 증착 기법을 통해 얇은 막으로 구성될 경우 투명성을 확보할 수 있으므로 이를 이용하여 투명 전극을 구성할 수 있다. 이들 물질은 전기적 화학적으로 안정한 물질이며, 특히 Pt는 전기적 화학적으로 매우 안정한 물질이므로 바람직한 적용 예일 수 있다.
제 1 하이드로젤 층 배치 단계(S20)에서는 제 1 투명 전극(112) 상에 제 1 하이드로젤 층(113)을 단일 셀 레이어로 배치한다.
또한, 제 1 하이드로젤 층(113)에는 조류 세포 및 분산된 복수의 유리 비드(glass bead)(113a) 및 전도성 물질을 포함할 수 있다.
우선, 본 발명에서 사용된 용어 '하이드로겔(hydrogel)'은 아쿠아겔이라고도 불리우는 3차원 네트워크 구조가 형성된 친수성의 겔을 의미하며, 수분 함량 때문에 천연 조직과 거의 유사한 탄성을 나타낸다.
본 발명에서 포함될 수 있는 하이드로겔은 세포의 생존 환경을 제공할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예컨대, pH, 온도 또는 대사물질 농도를 감지하는 스마트 겔(Smart Gel), 실리콘 하이드로겔, 폴리아크릴아마이드 하이드로겔, 아가로스 하이드로겔, 메틸셀룰로오스 하이드로겔, 폴리비닐 알코올 하이드로겔, 소듐 폴리아크릴레이트 하이드로겔, 아크릴레이트 하이드로겔, 콘드로이틴 하이드로겔, 글루코사민 하이드로겔, 글리코사미노글리칸 하이드로겔, 피브린 하이드로겔, 피브리노겐 하이드로겔, 트롬빈 하이드로겔, 히알루론산 하이드로겔 및 콜라겐 하이드로겔 등이 사용될 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 사용된 용어 '조류(藻類, algae)세포'는 물에 살면서 식물처럼 광합성을 하는 생물을 포괄적으로 지칭하는 것으로, 녹조류(Chlorophyte), 갈조류(Phaeophyceae), 홍조류(Rhodophyte), 남조류(Cyanophyta), 규조류(Bacillariophycea), 와편모조류 (Dinophyta) 또는 착편모조류 (Haptophyta)를 포함한다. 이 중에서, 남조류 (cyanobacteria)는, 남조식물, 남조세균이라고도 불리는 것으로, 원시 광합성 생물에 속하며, 단세포로 살아가는 종류, 단세포들이 모여 군체를 이루는 종류, 다세포로 된 사상체인 종류 등 다양한 종이 이에 속할 수있으며, 예를 들면, 아나베나 (Anabeana), 노스톡 (Nostoc), 마이크로콜러스 (Microcolous), 스키조트릭스(Schizothrix), 시네초코커스 (Synechococcus) 등을 포함한다.
여러 가지 점에서 남조류는 세균과 고등식물의 중간에 위치하고 있고, 고등식물과는 달리 세균처럼 원핵세포로 되어 있으나, 영양섭취라는 면에서는 녹색식물과 유사하다. 녹조류 (green algae)는 원생생물 중 녹색의 조류를 통틀어 이르는 말로, 이 또한 단세포, 다세포, 비세포성 다핵체 등 여러 가지가 있으며, 대부분은 민물에 살지만, 일부는 해수에서 생활하며, 엽록소 a와b, 카로틴 및 크산토필 등의 광합성 색소를 포함한다. 녹조류에는, 클로렐라 (chlorella), 장구말 (desmid), 파래 (green laver), 해캄 (spirogyra) 등이 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 조류 세포는, 아나베나 (Anabeana), 노스톡 (Nostoc), 마이크로콜러스 (Microcolous), 스키조트릭스 (Schizothrix), 시네초코커스 (Synechococcus), 클로렐라 (chlorella), 장구말 (desmid), 파래 (green laver) 및 해캄 (spirogyra)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
한편, 조류 세포는 남조류 또는 녹조류일 수 있다. 강, 바다에서 흔히 발견되는 남조류 또는 녹조류는 번식력이 강하며 광합성을 통하여 전자와 수소이온을 생성할 수 있어, 본 발명은 이들로부터 전자와 수소이온을 포집할 수 있다는 특징을 갖고 있어 광합성 전지에 사용되기에 적합하다.
특히, 남조류의 경우, 전자가 존재하는 위치가 세포 외부 쪽에 존재하여, 전자를 포집하기에 더욱 용이할 수 있다.
제 1 하이드로젤 층(113)에서 조류 세포는 하이드로젤 1mL에 대하여 1x106 내지 1x1010개로 포함되며, 바람직하게는 1x107 내지 1x109개로 포함될 수 있다.
제 1 하이드로젤 층(113)에서 조류 세포가 1x106개 미만으로 포함되면 광합성량이 부족하여 유기 반도체 소자의 구동 에너지원으로 사용이 불가하고, 1x1010 개를 초과하면 하이드로젤의 탁도가 증가하여 남조류의 생존이 어려워져 광합성 반응이 일어나지 않게 된다.
한편, 제 1 하이드로젤 층(113)의 두께(T1)는 8㎛ ~ 12㎛인 것이 바람직하다.
여기서, 제 1 하이드로젤 층(113)의 두께(T1)가 8㎛ 미만인 경우 분산된 조류 세포에 의해 전자와 수소이온을 생성하는 과정을 기대하기 어려우며, 제 1 하이드로젤 층(113)의 두께(T1)가 12㎛ 초과인 경우 분산된 조류 세포에 의해 제 1 하이드로젤 층(113)이 점차 불투명해져, 광이 입사되는 것을 방해하여 전자와 수소이온을 생성하는 효율이 감소되는 문제가 있다.
제 1 하이드로젤 층(113)에 포함된 전도성 물질은 조류 세포의 광합성을 통하여 생성되는 전자를 제 2 투명 전극(116)으로 전달하는 중간 매개체 역할을 한다.
본 발명에서 전도성 물질은 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니나, 전자 이동이 유리하게 위하여 막대 모양 또는 판상 구조인 것이 바람직하며, 예를 들어 탄소나노튜브, 그래핀, 메탈나노입자, 메탈나노와이어 및 나노파이버로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 전도성 물질은 하이드로젤 총 중량에 대하여 0.01 wt% 내지 1 wt%로 포함되며, 바람직하게는 0.03 wt% 내지 0.7 wt%로 포함될 수 있다.
여기서, 전도성 물질이 0.01 wt% 미만으로 포함되면 물 또는 하이드로젤 내 함량이 미미하여 전자의 이동이 어려워 충분한 전기 전도성을 나타내기 어려우며, 전도성 물질이 1 wt%를 초과하여 포함되면 전극용 조성물의 분산성 및 결합성을 저하시키는 트랩 현상이 발생할 수 있어 전자의 이동 효율이 저하될 수 있다.
복수의 유리 비드(113a)는 제 1 하이드로젤 층(113)에 분산되어 배치될 수 있으며, 유리 비드(113a)의 길이는 제 1 하이드로젤 층(113)의 두께(T1) 범위인 8~12㎛인 것이 바람직하다. 한편, 이러한 유리 비드(113a)는 유리 섬유, 유리 플레이크, 평편 유리 섬유, 유리 비드 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되어 혼용될 수 있다.
복수의 유리 비드(113a)은 제 1 하이드로젤 층(113)에서 조류 세포에 의해 투명도가 저하되는 것을 방지하며, 계면의 굴절율 차이로 인해 입사된 광이 굴절되어 제 1 하이드로젤 층(113)에서 광이 전파되는 경로를 증대시켜 조류 세포의 광합성 효율을 증가시킬 수 있다.
조류 세포에 의해 제 1 하이드로젤 층(113)이 점차 불투명해져도 유리 비드(113a)가 분산된 영역은 투명도를 향상시킬 수 있으며, 또한, 유리 비드(113a)를 통해 입사된 광은 굴절 및 반사되어 제 1 하이드로젤 층(113) 내에서 유지되는 시간을 증대시킬 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 유리 비드(113a)는 사각 기둥형으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위해 간략히 도시한 것에 불과하며 3차원 적으로 구형, 타원형, 다각 기둥 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이며, 이러한 유리 비드(113a)의 형상으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
한편, 유리 비드(113a)의 최장 길이는 제 1 하이드로젤 층(113)의 두께(T1) 범위인 8㎛ ~ 12㎛인 것이 바람직하다. 즉, 유리 비드(113a)의 최장 길이는 제 1 하이드로젤 층(113)의 두께(T1)와 유사 또는 동일할 수 있다.
한편, 특정 유리 비드(113a)가 제 1 하이드로젤 층(113)의 두께 방향으로 최장 길이를 갖도록 배치되는 경우, 제 1 하이드로젤 층(113)로 상부에서 입사된 광은 특정 유리 비드(113a)에 직접 입사되어 유리 비드(113a) 내에서 굴절됨으로써 제 1 하이드로젤 층(113)의 내부로 입사될 수 있다.
복수의 유리 비드(113a)는 제 1 하이드로젤 층의 하이드로젤 총 중량 대비 0.1wt% 내지 5wt%로 포함될 수 있다.
여기서, 유리 비드(113a)가 하이드로젤 총 중량 대비 0.1wt% 미만인 경우 제 1 하이드로젤 층(113)의 투명도 및 강도가 저하되는 것을 방지할 수 없으며, 유리 비드(113a)가 하이드로젤 총 중량 대비 5wt% 초과인 경우 필요 이상으로 유리 비드(113a)가 포함되어 조류 세포로 인한 광합성 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 제 1 하이드로젤 층(113)은 바코팅, 나이프코팅 및 슬럿코팅 중 어느 하나의 코팅 방식으로 배치될 수 있다.
여기서, 제 1 하이드로젤 층(113)에 유리 비드(113a)가 포함되는 경우, 적어도 하나의 유리 비드(113a)가 기둥 기능을 하는 바코팅을 적용하는 것이 바람직하다.
나피온 막 배치 단계(S30)에서는 제 1 하이드로젤 층(113) 상에 나피온 막(114)을 배치한다. 나피온 막(114)은 이온전도성 고분자 전해질막으로서, 전극 사이에서 수소이온을 전달하는 역할을 수행한다.
제 2 하이드로젤 층 배치 단계(S40)에서는 나피온 막(114) 상에 제 2 하이드로젤 층(115)를 배치한다.
제 2 하이드로젤 층(115)은 제 1 하이드로젤 층(113)에서 조류 세포에 의해 발생되는 수소이온이 나피온 막(114)을 통해 확산되면, 이를 포집하는 역할을 수행하며, 전도성 물질이 분산될 수 있다.
이러한 전도성 물질은 하이드로젤 총 중량에 대하여 0.01 wt% 내지 1 wt%로 포함되며, 바람직하게는 0.03 wt% 내지 0.7 wt%로 포함될 수 있다.
여기서, 전도성 물질이 0.01 wt% 미만으로 포함되면 물 또는 하이드로젤 내 함량이 미미하여 전자의 이동이 어려워 충분한 전기 전도성을 나타내기 어려우며, 전도성 물질이 1 wt%를 초과하여 포함되면 전극용 조성물의 분산성 및 결합성을 저하시키는 트랩 현상이 발생할 수 있어 전자의 이동 효율이 저하될 수 있다.
제 2 투명 전극 배치 단계(S50)에서는 제 2 하이드로젤 층(115) 상에 제 2 투명 전극(116)을 배치한다.
제 2 투명 전극(116)은, 그래핀 전극이거나, 또는 그래핀 막을 포함하는 전극일 수 있다. 그래핀 막 자체가 전극으로의 역할을 수행할 수 있으며, 또는, 제 2 투명 전극(116)의 표면을 그래핀으로 코팅하여, 그래핀 막을 포함하는 제 2 투명 전극(116)이 사용될 수 있다.
한편, 상술 하였듯이 투명하게 적용될 수 있는 전극이라면 투명 전극이 아니더라도 적용될 수 있다. Pt 혹은 Au의 경우에도 진공 증착 기법을 통해 4nm 이내의 얇은 막으로 구성될 경우 투명성을 확보할 수 있으므로 이를 이용하여 투명 전극을 구성할 수 있다. 이들 물질은 전기적 화학적으로 안정한 물질이며, 특히 Pt는 전기적 화학적으로 매우 안정한 물질이므로 바람직한 적용 예일 수 있다.
그래핀은 기계적인 강도가 크고, 표면적이 넓으며 전기전도도가 우수할 뿐만 아니라 화학적으로도 안정하기 때문에 수소이온을 전극에 효과적으로 전달하는 매개체로써 이용될 수 있다.
이후, 보호 필름 배치 단계(S60)에서는 제 2 투명 전극(116) 상에 제 2 보호 필름(117)을 배치하여, 투명 미생물에너지 소자(100)을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
실시예
1) 제1하이드로젤층 제조
하이드로겔((polyethylene (glycol) Diacrylate, PEGDA, 시그마알드리치구매)총 중량에 대하여 유리 비드를 0.1 wt% 내지 5 wt%로 분산시켰다. 또한, 하이드로겔 총 중량에 대하여 전도성 물질(탄소나노튜브)을 0.01 wt% 내지 1 wt%로 분산시켰다. 시네초코커스 (Synechococcus) 남조류 세포를 한달 정도 Blue Green Medium (BG11) 배양액에서 성장시킨 후 UV 램프로 3회 정도 조사하여 경화시켰다.
바코팅을 통해 제 1 투명 전극 상에 제 1 하이드로젤 층을 단일 셀 레이어로 배치한다.
2) 네피온 제작
나피온 117(Nafion 117)을 얇은 막 형태로 제조하여, 제2하이드로겔 상에 적층 하였다.
3) 제2하이드로젤층 제조
증류수에 Polyethylene (glycol) Diacrylate (PEGDA, 시그마 알드리치 구매)를 1wt에서 10wt% 범위로 용해시켜 PEGDA용액을 만들었다.
하이드로겔((polyethylene (glycol) Diacrylate, PEGDA, 시그마알드리치구매) 총 중량에 대하여 전도성 물질(탄소나노튜브)을 0.01 wt% 내지 1 wt%로 분산시킨 후, 나피온 상에 도포한다.
4) 소자의 조립
제1보호 필름, 제 1 투명 전극, 제 1 하이드로젤 층, 나피온 막, 제 2 하이드로젤 층, 제 2 투명 전극, 제2보호 필름을 순차적으로 배치하여, 투명 미생물에너지 소자를 제조한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
111: 제1보호 필름
112: 제 1 투명 전극
113: 제 1 하이드로젤 층
114: 나피온 막
115: 제 2 하이드로젤 층
116: 제 2 투명 전극
117: 제2보호 필름
112: 제 1 투명 전극
113: 제 1 하이드로젤 층
114: 나피온 막
115: 제 2 하이드로젤 층
116: 제 2 투명 전극
117: 제2보호 필름
Claims (14)
- 제 1 투명 전극을 배치하는 단계;
상기 투명 전극 상에 조류 세포를 포함하는 제 1 하이드로젤 층을 배치하는 단계;
상기 제 1 하이드로젤 층 상에 나피온 막을 배치하는 단계;
상기 나피온 막 상에 페리시안화칼륨을 포함하는 제 2 하이드로젤 층을 배치하는 단계; 및
상기 제 2 하이드로젤 층 상에 제 2 투명 전극을 배치하는 단계를 포함하는 투명 미생물에너지 소자 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 하이드로젤 층은 단일 셀 레이어 구조를 가지되, 8~12㎛의 두께를 가지는 투명 미생물에너지 소자 제작 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 하이드로젤 층은 분산된 유리 비드 및 전도성 물질을 포함하는 투명 미생물에너지 소자 제작 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 유리 비드는 상기 제 1 하이드로젤 층의 하이드로젤 총 중량 대비 0.1wt% 내지 5wt%로 포함되는 투명 미생물에너지 소자 제작 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 유리 비드의 길이는 8~12㎛인 투명 미생물에너지 소자 제작 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 하이드로젤 층은 바코팅, 나이프코팅 및 슬럿코팅 중 어느 하나의 코팅 방식으로 배치되는 투명 미생물에너지 소자 제작 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 투명 전극은 그래핀 단층막을 더 포함하는 투명 미생물에너지 소자 제작 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 하이드로젤 층은 상기 나피온 막을 통과하여 확산되는 수소이온을 포집하는 투명 미생물에너지 소자 제작 방법.
- 제 1 투명 전극;
상기 투명 전극 상에 배치되며 조류 세포를 포함하는 제 1 하이드로젤 층;
상기 제 1 하이드로젤 층 상에 배치된 나피온 막;
상기 나피온 막 상에 배치되며 페리시안화칼륨을 포함하는 제 2 하이드로젤 층; 및
상기 제 2 하이드로젤 층 상에 배치된 제 2 투명 전극을 포함하는 투명 미생물에너지 소자.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 하이드로젤 층은 단일 셀 레이어 구조를 가지되, 8~12㎛의 두께를 가지는 투명 미생물에너지 소자.
- 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 하이드로젤 층은 분산된 복수의 유리 비드 및 전도성 물질을 포함하는 투명 미생물에너지 소자.
- 제 11항에 있어서,
상기 유리 비드는 상기 제 1 하이드로젤 층의 하이드로젤 총 중량 대비 0.1wt% 내지 5wt%로 포함되는 투명 미생물에너지 소자.
- 제 12 항에 있어서,
상기 유리 비드의 길이는 8~12㎛인 투명 미생물에너지 소자.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 투명 전극은 그래핀 단층막을 더 포함하는 투명 미생물에너지 소자.
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