열분자 전지 및 이의 제조 방법 document_id A220623110718

전해전지는 화학에너지를 전기에너지로 혹은 그 역과정으로 전환시키는 장치로서, 2개의 금속전도체나 전자전도체(전극)가 떨어져 있고 이들은 보통 이온성 화합물이 해리되거나 용융되어 만들어진 전해질과 접하고 있는 구조이다. 전류의 공급원에 이 전극들을 직접 연결시키면 한쪽 전극은 음전하를, 다른 쪽 전극은 양전하를 띠게 된다. 전해액 속에 있는 양이온은 음전하를 띤 전극으로 이동하여 하나 이상의 전자와 결합하여 전하의 일부나 전체를 잃고 낮은 전하를 띤 새로운 이온이나 중성 원자 또는 분자가 된다. 이와 동시에 음이온은 양극으로 이동하여 하나 이상의 전자를 잃고 역시 새로운 이온이나 중성 입자가 된다. 이 두 과정의 전체적인 결과는 음이온으로부터 양이온으로 전자가 이동되는 화학반응(산화환원반응)이다. 서로 반응할 때 에너지를 소모하지 않고 에너지를 생성하는 물질의 경우에 반응을 산화와 환원으로 나누어 이 반응들이 각각의 전극에서 일어나게 할 수 있으면 이때 나오는 에너지의 일부 또는 전부를 전기로 바꿀 수 있다. 예를 들면 납-산 축전지에서는 이산화납·금속납·황산이 반응하여 황산납과 물이 만들어진다. 각각의 과정을 살펴보면 한쪽 전극에서 납이 황산납으로 산화되고, 다른 쪽 전극에서는 이산화납이 황산납으로 환원되며, 이 반응이 일어나는 동안 수소 이온의 이동을 통해 전해액 내에서 전하가 이동된다. 이 과정을 통해 기전력(전압 또는 전위)이 생겨 두 전극을 연결하는 외부 회로로 전기가 흐르게 된다. 이외에도 다른 많은 화학결합들이 전지와 축전지에 이용되고 있다. 자기장 내부에서 도체가 움직이는 것 이외의 방법으로 전기를 만드는 발전기 외에도, 빛을 흡수하여 반도체 사이에 전자가 흐르게 되는 태양전지나, 산소와 같은 액체나 기체 형태의 산화제를 계속적으로 공급하여 이들이 음극에서 전자를 제거하는 동시에 수소 같은 환원제가 양극에 전자를 제공하게 되는 연료 전지가 있다. 최근에는 생물 내에서 행해지고 있는 호흡, 광합성 등의 생체대사가 고효율인 에너지 변환 기구에 의한 것임에 착안하여, 전지에 적용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 생체대사는 발전 효율이 지극히 높고, 실온 정도의 온화한 조건에서 반응이 진행하는 장점을 지닌다. 상기 생체 대사에서 양성자 및 전자전달을 하는 물질로서 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(NADH; Nicotinamide Adenine Dinucleotide)는 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 인산(NADPH; Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate)와 더불어 세포에서 발견되는 중요한 조효소이다. NADH는 NAD+의 환원형태이고 NAD+는 NADH 의 산화형태이다. NAD+는 세포호흡에서의 해당과정과 TCA회로에 널리 쓰이며 NADH에 저장된 환원 잠재력은 전자전달계를 거치면서 ATP로 전환(녹색식물은 광합성을 통해서 ATP를 얻기도 하지만 대부분의 생물들은 세포호흡을 통해 ATP를 얻는다.)되거나 동화반응(anabolism)에 쓰인다. 반면, NADP는 환원력을 제공하여 지방산과 핵산 합성과 같은 동화작용에 쓰인다. NADP는 광합성 초기반응(물의 광분해)에서 중요한 산화제로 작용하여 NADPH를 형성한다. NADPH는 광합성의 캘빈회로에 환원력을 제공한다. 한편, 플라빈 아네닌 디뉴레오티드(FAD; flavin adenine dinucleotide) 또한 생체내 중요 반응에 관여하는 산화환원 조효소이다. FAD는 그것의 역할에 따라 두가지 다른 산환환원상태로 존재할 수 있다. 플라보엔자임 또는 플라보단백질이라 명명되는 많은 산화환원효소들은 전자전달에 있어서 보결분자단으로서 역할을 하는 FAD를 필요로 한다. FAD는 두개의 수소분자를 수용하는 FADH2로 환원될 수 있다. 환원된 조효소 FADH2는 에너지 전달 역할을 하며, 미토콘드리아에서 산화적 인산화 과정을 위한 기질로 사용된다. 본 발명자들은 상기 조효소를 포함하는 전자 전달체를 이용하여, 상 열분자 전지를 제조하여 본 발명을 완성하였다.