中, ‘식염수전해질’ 이용 몸에 착용·이식해도 안전한 전지 개발

중국 과학자들이 리튬이온 등 화학물질 대신에 생리식염수와 유사한 성분을 전해질로 사용해 몸에 착용하거나 이식해도 안전한 전지의 실험적 개발에 성공했다고 밝혔다.

13일 과학매체 사이언스앨러트 등에 따르면, 중국 상하이 푸단대학(復旦大學) 화학과 왕용강 교수팀은 이를 화학분야 국제학술지 '켐(CHEM)'에 발표했다.

이 전지는 튼튼하게 밀봉된데다 설령 전해질이 누출되더라도 인체에 무해하며,매우 얇고 신축성이 뛰어나 쉽게 구부릴 수 있어 각종 착용형(웨어러블) 기기나 의료용 이식 기기 등에 폭넓게 사용될 수 있다고 연구팀은 강조했다.

현재 가장 흔히 쓰이는 리튬 이온 등을 이용한 전지는 대부분 휘거나 구부릴 수 없어 모양이 고정돼 있다. 착용형 전자기기나 이식용 인공 장기와 의료기 수요가 늘어나자 신축성 있는 소형 전지들도 일부 개발됐으나 가연성 유기물이나 부식성 전해액이 들어 있어 폭발이나 전해액 누출로 인한 인체 유해 위험 가능성이라는 문제를 안고 있다.

왕 교수팀은 화학물질 대신에 나트륨 등을 전해질로 사용했다. '영양제를 탄 생리식염수' 또는 '세포배양액' 성분 같은 것이어서 생체적합성이 완벽하고 인체에 무해하다는 것이다. 여기에 탄소 나노 튜브 기술을 접목했다. 이는 탄소 원자가 3개의 다른 탄소 원자와 결합돼 육각형 벌집 모양인 그물을 둥글게 만 것으로 튜브 굵기는 머리카락 10만분의 1정도다.

연구팀은 2종류의 전지를 만들엇다. 하나는 나노 튜브 섬유를 꼬아 만든 '노끈' 안에 나노분자의 전극물질을 심은 것이다. 다른 하나는 나노그물망 위에 나노전극물질을 얹어 얇은 필름처럼 만든 것이다.

두 종류 모두 기존 착용형 전자기기에 사용되는 리튬 이온 전지보다 충전 용량과 전력 출력량 등 성능이 훨씬 좋았다고 연구팀은 밝혔다. 다만 인체 내 다양한 환경에서도 이 전지가 지속적으로 확실히 견디고 작동하는지 등을 추가로 연구해야 실용화를 가늠할 수 있다고 설명했다.

한편, 실험 과정에서 탄소 나노튜브 전극이 용해 산소의 수산이온으로의 전환과정을 촉진하는 현상이 발견됐다. 이는 전지의 효율을 떨어뜨리는 것이어서 이를 막는 방법이 필요하다. 대신에 이런 기능을 역으로 암치료에 쓸 수도 있다. 암 세포 주변 산소 공급을 차단해 굶어죽이는 '탈산소화 암 치료법'은 이미 일부에서 활용되고 있다. 서식지 산도(pH) 변화에 민감한 병원성 세균을 제거하는데도 쓰일 수 있다.

연구팀은 물론 현재로선 이는 이론적 가능성일 뿐이며 치료에 활용할 수 있으려면 다양한 학제간 연구가 필요하다고 덧붙였다.