탄소 나노소재 및 다공성 전극 기반 미세가공 공조-층류 미생물 연료전지

Microfabricated co-laminar flow microbial fuel cells with CNT and porous electrodes

연구 내용

탄소나노튜브 또는 다공성 전극을 미세가공하여 층류 유동과 생물막 전단을 제어하고 고성능 미생물 연료전지를 구현하는 연구

미세유체 공정을 활용해 planar 또는 paper 기반의 co-laminar flow 미생물 연료전지를 구성하고, 전극의 형상과 재료를 성능 인자와 연결해 분석합니다. electrophoretically deposited carbon nanotube 전극과 flow-through porous electrode를 도입하여 반응 면적과 물질전달 경로를 조절하고, 채널 높이와 유량에 따른 전단 조건이 생물막 형성과 전력 생성에 미치는 영향을 평가합니다. 또한 종이 기반 vanadium co-laminar 연료전지를 통해 무기계 전해질 기반 설계 가능성까지 확장하며, 미세소자 공정 통합 관점을 유지합니다.

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연구 흐름

2020년에는 paper 기반 vanadium co-laminar flow 연료전지로 층류 유동 구조를 연료전지 설계에 적용하는 접근을 확보했습니다. 2021년에는 planar monolithic 셀에서 흐름이 통과하는 다공성 전극을 포함한 co-laminar 미생물 연료전지를 제안하고, 확산 구간을 수치적으로 분석하면서 전기화학 성능을 함께 검증했습니다. 2022년에는 단일벽 탄소나노튜브를 electrophoretic deposition으로 형성한 전극을 co-laminar 미세유체 MFC에 통합하여 채널 조건과 전단 환경 최적화를 통해 성능 향상 방향을 구체화했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

폐수 기반 에너지 회수 장치
미세유체 공정형 발전 모듈
전극-유체 상호작용 기반 설계
탄소 전극 패턴화 공정
생물막 형성 조건 제어
전력 생성용 소형 전기화학 셀
다공성 전극 기반 물질전달 제어
미세소자 통합형 연료전지
전단-반응 상관 모델링
휴대형 전원 연구 플랫폼