본 연구에서는 유연한 전자기기 응용을 위한 섬유 기반 미생물 광전기화학 태양전지를 개발하였다. 양성자 교환막 없이 자가-펌핑 미세유체 채널의 구성을 채택하여 생체광전지 장치를 소형화하였다. 소형 장치의 마이크로채널 영역은 섬유 기판의 유연성을 유지하기 위해 인체 친화적인 Ecoflex를 사용하여 스크린 프린팅으로 패터닝하였다. 생체촉매로는 Synechocystis sp. PCC 6803를 생물합성한 금 나노입자, 초축전성 삼원 나노복합 양극, 고체 상태 Ag 2 O 산화제를 사용하여 바이오 태양전지 성능을 향상시켰다. 광 조건 하에서 최대 전류밀도 135.1 µA cm −2 및 최고 출력밀도 14.1 µW cm −2를 달성하였으며, 이는 기존의 섬유 기반 미생물 연료전지보다 더 높은 값이다. 단층 직물 기반 바이오 태양전지는 각각 늘리기와 비틀기에 대해 최대 100회 및 20회의 사이클까지 안정적인 성능을 보였다. 본 연구에서 제시한 유연한 미생물 태양전지의 새로운 플랫폼은 자기 유지형 웨어러블 전자기기의 개발 가능성을 제공한다.

최적화된 하이브리드 바이오연료전지의 성능은 이전에 보고된 섬유 또는 종이 기판의 마이크로 스케일 단일 미생물 연료전지보다 더 우수하였다. 개발된 바이오연료전지는 환경과 생명체에 해롭지 않은 마이크로 스케일 전원으로서 유용한 플랫폼이 될 것이다.

본 연구에서는 유연한 전자기기 응용을 위한 섬유 기반 미생물 광전기화학 태양전지를 개발하였다. 양성자 교환막 없이 자가-펌핑 미세유체 채널의 구성을 채택하여 생체광전지 장치를 소형화하였다. 소형 장치의 마이크로채널 영역은 섬유 기판의 유연성을 유지하기 위해 인체 친화적인 Ecoflex를 사용하여 스크린 프린팅으로 패터닝하였다. 생체촉매로는 Synechocystis sp. PCC 6803를 생물합성한 금 나노입자, 초축전성 삼원 나노복합 양극, 고체 상태 Ag 2 O 산화제를 사용하여 바이오 태양전지 성능을 향상시켰다. 광 조건 하에서 최대 전류밀도 135.1 µA cm −2 및 최고 출력밀도 14.1 µW cm −2를 달성하였으며, 이는 기존의 섬유 기반 미생물 연료전지보다 더 높은 값이다. 단층 직물 기반 바이오 태양전지는 각각 늘리기와 비틀기에 대해 최대 100회 및 20회의 사이클까지 안정적인 성능을 보였다. 본 연구에서 제시한 유연한 미생물 태양전지의 새로운 플랫폼은 자기 유지형 웨어러블 전자기기의 개발 가능성을 제공한다.

최적화된 하이브리드 바이오연료전지의 성능은 이전에 보고된 섬유 또는 종이 기판의 마이크로 스케일 단일 미생물 연료전지보다 더 우수하였다. 개발된 바이오연료전지는 환경과 생명체에 해롭지 않은 마이크로 스케일 전원으로서 유용한 플랫폼이 될 것이다.

이 연구는 전기영동 증착으로 미세가공한 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 전극을 사용하여 동축층(co-laminar) 흐름 미생물 연료전지(MFC)를 개발한 것을 보고한다. MFC의 성능 향상을 위해, 동축층 흐름 MFC에서 유입 채널 높이와 양극 생물막에서의 전단응력이 전력밀도 및 연료 이용률에 미치는 영향을 조사하였다. 유량은 일정하게 유지한 상태에서 채널 높이가 증가할수록 전력밀도와 전류밀도는 증가하였다. 한편, 생물막 형성을 위한 최적 전단응력을 얻도록 채널 높이에 따라 유량도 함께 조정했을 때 성능은 추가로 향상되었으나, 연료 이용률은 감소하였다. 개발된 MFC의 최대 측정 전력밀도(143 ± 1 μW cm–2)는 미세가공된 금속 기반 전극 MFC들의 그것보다 더 우수하였다. 본 미세가공 탄소 기반의 유동-상면(flow-over) 전극은 MFC의 성능을 향상시키고, 미세전자기계시스템(MEMS) 공정에 기반한 평면 마이크로소자에 통합되는 MFC의 대량 생산을 가능하게 한다.

흐름을 통과시키는 전극을 갖는 동층(co-laminar) 흐름 미생물 연료전지(MFC)는 전력 밀도를 향상시키기 위해 제안되었다. 다공성 전극에는 탄소 페이퍼를 사용하였고, 무막(membrane-less) MFC는 미세 스케일(5.4 μL) 애노드 챔버를 포함하도록 하여 미세유체 장치와의 통합을 위해 평면 단일체(planar monolithic) 셀에서 마이크로제작하였다. 전해질 사이의 확산 영역은 수치적으로 분석하였으며, 폐수(inoculum) 유래 접종액 기반 혼합 배양 생물막을 사용하여 연료전지 성능 실험을 수행하였다. 전해질 유량(1–30 μL min−1)과 전극 폭(0.5–2.0 mm)이 연료전지 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 전력 밀도는 10 μL min−1의 유량과 1.5 mm 전극 폭을 포함한 최적 조건에서 692 ± 34 W m−3로 최대화되었고, 이에 따라 적절한 생물막 형성과 낮은 내부저항이 관찰되었다. 본 연구는 휴대용 의료 및 전자 기기를 위한 전원으로서 미세유체 MFC의 상용화를 위한 유용한 정보를 제공한다.