산업통상자원부(산업부, 장관 성윤모)와 한국산업기술평가관리원(KEIT, 원장 정양호)이 알키미스트 프로젝트 사업을 통해 지원한* 연세대학교 심우영 교수(신소재공학과) 연구팀 연구결과가 권위 있는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 1월 5일 게재됐다. 이번 연구는 신경세포(Neuron)의 전기적 신호 생성 원리를 모사하는 에너지 발전소자에 관한 것이다.
  * 알키미스트 프로젝트 사업 중「초임계 변환효율 (90%) 뉴로모픽 준가역 에너지 AI 발전 소재」 지원

심우영 교수 연구팀은 신경세포(Neuron)의 생물학적 이온채널이 전기적 신호를 생성할 때 세포 내부로 나트륨 이온(Na+)을 선택적이고 빠르게 수송 하는 것에 초점을 맞췄고, 구조적 안정성이 높은 생물학적 이온채널 구조를 모사한 ‘이차원 물질기반 신경세포 모사 이온교환막’을 개발했다.

이온교환막은 해수와 담수 사이의 염분 농도차를 에너지원으로 사용하는 역전기투석 전기 생산 기술 시스템의 필수 부품이다. 이온교환막의 선택적 이온 수송 능력(양이온의 이동을 촉진하고, 음이온의 이동은 억제)을 향상시키는 것은 역전기투석의 상용화를 위한 핵심 목표 중 하나다.

현재 개발된 많은 이온교환막들은 대체로 이온 수송 능력이 낮거나, 교환막의 구조가 변형되어 성능을 장시간 유지하지 못한다는 문제점을 가지고 있다. 연세대 연구팀이 이 문제점을 개선한 것이다. 실제로 해당 연구의 이온교환막은 최대 95% 이상의 나트륨 이온 선택성을 보이며, 150시간 이상 작동해도 성능이 유지되는 것으로 나타났다.

연구를 수행한 연세대 심우영 교수는 “이번 연구는 신경세포의 이온수송 방식을 효율적인 방법으로 구현하고 신경세포의 기작을 소재에 적용하여 에너지발전 개념을 정립했다는 점에서 큰 의의가 있다”며 ”향후 대용량 에너지 생산 시스템 개발을 위해 연구에 매진할 계획”이라고 덧붙였다.