생체연료전지(Biofuel cell)은 미생물이나 효소를 촉매로 사용하여 글루코스와 같은 유기물질을 전기화학반응에 의하여 화학에너지를 전기에너지로 전환하는 연료전지의 한 종류이다. 생체연료전지는 촉매물질과 연료가 인체에 무해하며, 20~40℃의 비교적 낮은 온도와 중성 pH에서 작동이 가능하여 인체 삽입용으로도 사용이 가능하다.
생체연료전지기술의 핵심이 되는 ...
생체연료전지(Biofuel cell)은 미생물이나 효소를 촉매로 사용하여 글루코스와 같은 유기물질을 전기화학반응에 의하여 화학에너지를 전기에너지로 전환하는 연료전지의 한 종류이다. 생체연료전지는 촉매물질과 연료가 인체에 무해하며, 20~40℃의 비교적 낮은 온도와 중성 pH에서 작동이 가능하여 인체 삽입용으로도 사용이 가능하다.
생체연료전지기술의 핵심이 되는 전자전달 방식은 DET(Direct electron transfer)와 MET(Mediated electron transfer)로 구분된다. DET는 효소의 활성 부위에서 생성된 전자가 직접 전극으로 이동을 하고, MET는 mediator 물질이 스스로 산화·환원을 반복하며 효소에서 생성된 전자를 전극으로 전달시켜주는 방식이다. 일반적으로mediator를 사용할 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 전자 전달 효율이 증가하여 전류 크기가 증가하게 된다.
본 연구에서는 ferrocene을 전자전달체로 사용하여 glucose biofuel cell의 전극을 제조하고 생성되는 전류의 크기를 측정하여 전자전달 효율을 조사하였다. Glucose oxidase(GOx)와 ferrocene을 포괄법과 공유결합 두 가지 방법을 사용하여 전극에 고정화하였다. 포괄법으로는 유기물을 이용한 방법과, 무기물을 사용한 sol-gel법으로 전극에 고정화 시켰다. 이 과정에서 ferrocene과 함께 carbon nanotube(CNT)를 함께 고정화 하여 전자전달 효율을 증가시키고자 하였다. 고정화한 전극의 전기화학적 특성은 Cyclic voltammetry(CV)를 이용하여 분석하였고, SEM과 AFM을 이용하여 표면의 형태를 분석하였다.
실험 결과, ferrocene이 GOx와 전극 사이에서 전자를 전달시키는 역할을 하는 것으로 확인되었다. 유기물과 무기물을 사용하여 포괄법으로 고정화시킨 전극을 glucose가 포함된 buffer에서 CV를 측정한 결과 고정화 방법에 따라 전류 값이 약간의 차이를 보였다. 포괄법으로 전극 제조시 CNT를 첨가하게 되면 전류의 크기가 증가하였는데, 전류값의 증가는 유기물과 무기물을 사용한 각 전극이 각각 다르게 나타났다.
이런 방법으로 제작된 전극을 anode로 사용하고 Bilirubin oxide를 포함한 전극을 cathode로 사용하여 연료전지의 성능을 실험을 통해 확인하였다.
생체연료전지(Biofuel cell)은 미생물이나 효소를 촉매로 사용하여 글루코스와 같은 유기물질을 전기화학반응에 의하여 화학에너지를 전기에너지로 전환하는 연료전지의 한 종류이다. 생체연료전지는 촉매물질과 연료가 인체에 무해하며, 20~40℃의 비교적 낮은 온도와 중성 pH에서 작동이 가능하여 인체 삽입용으로도 사용이 가능하다.
생체연료전지기술의 핵심이 되는 전자전달 방식은 DET(Direct electron transfer)와 MET(Mediated electron transfer)로 구분된다. DET는 효소의 활성 부위에서 생성된 전자가 직접 전극으로 이동을 하고, MET는 mediator 물질이 스스로 산화·환원을 반복하며 효소에서 생성된 전자를 전극으로 전달시켜주는 방식이다. 일반적으로mediator를 사용할 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 전자 전달 효율이 증가하여 전류 크기가 증가하게 된다.
본 연구에서는 ferrocene을 전자전달체로 사용하여 glucose biofuel cell의 전극을 제조하고 생성되는 전류의 크기를 측정하여 전자전달 효율을 조사하였다. Glucose oxidase(GOx)와 ferrocene을 포괄법과 공유결합 두 가지 방법을 사용하여 전극에 고정화하였다. 포괄법으로는 유기물을 이용한 방법과, 무기물을 사용한 sol-gel법으로 전극에 고정화 시켰다. 이 과정에서 ferrocene과 함께 carbon nanotube(CNT)를 함께 고정화 하여 전자전달 효율을 증가시키고자 하였다. 고정화한 전극의 전기화학적 특성은 Cyclic voltammetry(CV)를 이용하여 분석하였고, SEM과 AFM을 이용하여 표면의 형태를 분석하였다.
실험 결과, ferrocene이 GOx와 전극 사이에서 전자를 전달시키는 역할을 하는 것으로 확인되었다. 유기물과 무기물을 사용하여 포괄법으로 고정화시킨 전극을 glucose가 포함된 buffer에서 CV를 측정한 결과 고정화 방법에 따라 전류 값이 약간의 차이를 보였다. 포괄법으로 전극 제조시 CNT를 첨가하게 되면 전류의 크기가 증가하였는데, 전류값의 증가는 유기물과 무기물을 사용한 각 전극이 각각 다르게 나타났다.
이런 방법으로 제작된 전극을 anode로 사용하고 Bilirubin oxide를 포함한 전극을 cathode로 사용하여 연료전지의 성능을 실험을 통해 확인하였다.
Biofuel cells are a kind of fuel cells. They are capable of directly transforming chemical energy to electrical energy via electrochemical reactions involving biochemical pathways. Biofuel cell can be used as an implantable battery because it uses enzymes or microorganism as catalysts and operated u...
Biofuel cells are a kind of fuel cells. They are capable of directly transforming chemical energy to electrical energy via electrochemical reactions involving biochemical pathways. Biofuel cell can be used as an implantable battery because it uses enzymes or microorganism as catalysts and operated under mild conditions.
In general, electron transfer is classified by two different mechanisms; direct electron transfer (DET) and mediated electron transfer (MET). In DET, the enzymatic and electrode reactions are coupled by direct electron transfer. And in MET, electron transfer mediators shuttle the electron between enzymes and electrodes by redox mechanism. The redox mediation increases the rate of electron transfer between the active site of enzyme biocatalysts and an electrode by eliminating the need for the enzyme to interact directly with the electrode surface.
In this study, anode of glucose biofuel cell was synthesized using ferrocene as mediator and electron transfer efficiency was inspected by cyclic voltammetry (CV) measurement. Glucose oxidase (GOx) and ferrocene were entrapped onto electrode surface using two materials, organic and inorganic material. In this process, Carbon nanotube (CNT) was also added with ferrocene, in order to increase the electron transfer efficiency. The electrochemical properties was analyzed by cyclic voltammetry (CV), and surface morphology was analyzed by SEM and AFM.
As a result, it was confirmed that ferrocene enhance electron transfer between GOx and electrode surface. Entrapping methods usede in this study appeared to affect the electron tranfer efficiency. A remarkable improvement of the electron tranfer efficiency was achieved by the addition of CNT. A resonable power density was obtained from a complete biofuel cell system preprared in this study.
Biofuel cells are a kind of fuel cells. They are capable of directly transforming chemical energy to electrical energy via electrochemical reactions involving biochemical pathways. Biofuel cell can be used as an implantable battery because it uses enzymes or microorganism as catalysts and operated under mild conditions.
In general, electron transfer is classified by two different mechanisms; direct electron transfer (DET) and mediated electron transfer (MET). In DET, the enzymatic and electrode reactions are coupled by direct electron transfer. And in MET, electron transfer mediators shuttle the electron between enzymes and electrodes by redox mechanism. The redox mediation increases the rate of electron transfer between the active site of enzyme biocatalysts and an electrode by eliminating the need for the enzyme to interact directly with the electrode surface.
In this study, anode of glucose biofuel cell was synthesized using ferrocene as mediator and electron transfer efficiency was inspected by cyclic voltammetry (CV) measurement. Glucose oxidase (GOx) and ferrocene were entrapped onto electrode surface using two materials, organic and inorganic material. In this process, Carbon nanotube (CNT) was also added with ferrocene, in order to increase the electron transfer efficiency. The electrochemical properties was analyzed by cyclic voltammetry (CV), and surface morphology was analyzed by SEM and AFM.
As a result, it was confirmed that ferrocene enhance electron transfer between GOx and electrode surface. Entrapping methods usede in this study appeared to affect the electron tranfer efficiency. A remarkable improvement of the electron tranfer efficiency was achieved by the addition of CNT. A resonable power density was obtained from a complete biofuel cell system preprared in this study.
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