안전한 버튼 배터리의 구축

의도하지 않은 어린이의 배터리 흡입(battery ingestion) 및 이와 관련된 사망률과 유병률은 매년 수 천 건에 이르는 응급실 방문 결과를 낳고 있다. 흡입 수 시간 이내에 심각한 전기화학적 화상(electrochemical burns)을 입을 위험이 있기 때문에, 식도에서 배터리 처리에 대한 현재의 치료 기준은 신속한 내시경 제거(endoscopic removal)이다.

현재 안전 기준은 의도하지 않은 배터리 흡입에서 보통 수준의 감소를 얻을 수 있는 장난감에서 배터리 부분을 잠그도록 규제하는 것이다. 법규 이외에, 최소 기술 개발은 손상을 제한하기 위하여 배터리 수준에서 수행됐다. 미국 연구진은 상업적으로 이용할 수 있는 양자 터널링 복합재료를 이용하기 위하여 방수의 압력에 민감한 코팅을 구축했다.

새로운 배터리 코팅(battery coating) 방법이 시계와 같은 장치에 동력을 제공하는데 사용되는 작은 원반형 배터리인 소위 버튼 배터리(button battery)의 돌발적인 흡입으로 인한 화상을 예방하는데 도움을 줄 전망이다.

2013년 3,300명 이상이 버튼 배터리를 삼켰으며, 이중 2,200명은 6세 이하의 어린이라고 국립 독성 자료 시스템(NPDS; National Poison Data System)은 밝혔다. 결과는 건강 효과가 없는 경우에서 사망에 이르기까지의 다양한 범위를 나타냈다.

버튼 배터리는 조직에서 물을 분해하는 전류가 배출될 때, 조직에 화학적인 화상을 입히게 하는 수산화물 이온(hydroxide ion)이 생성되면 손상이 발생한다. 광범위한 조직 손상은 배터리가 식도를 막을 경우 발생할 수 있다.

가장 심각한 원인과 관련이 있는 배터리는 20 mm 직경의 3-V 리튬 전지라고 NPDS 소속의 배터리 상해 전문가인 Toby L. Litovitz는 밝혔다. 리튬 코인 전지를 삼킨 8명 중 1 명의 어린이가 심각하게 생명을 위협받거나 치사 합병증(lethal complication)으로 발달할 수 있다고 Litovitz는 밝혔다.

새로운 코팅은 배터리가 전류의 배출을 차단하게 함으로써 상기에 언급한 피해를 예방할 수 있다. 코팅을 수행하기 위하여, MIT(Massachusetts Institute of Technology) 소속의 Robert S. Langer와 하버드 의과대학(Harvard Medical School) 소속의 Jeffrey M. Karp 및 동료 연구진은 양자 터널링 복합재료(QTC; quantum tunneling composite)라고 불리는 기성제품의 재료를 사용했다. QTC는 절연성 실리콘 기질에 전도성 금속 마이크로입자가 부유되어 있는 재료이다.

전류는 전하가 나노입자 사이를 뛰어 넘기 충분히 가까운 마이크로입자를 밀어올리기 위하여 배터리 구획으로부터 충분한 압력이 가해질 때만 흐른다. 필요한 압력은 기질의 단단함을 조정함으로써 변화될 수 있다.

연구진은 11.6-mm, 1.5-V 버튼 배터리의 양극에 QTC 디스크를 부착했다. 연구진은 양극과 방수 고분자 층을 가지는 음극 사이에 양극의 나머지 부분과 개스킷(gasket, 가스 및 기름 등이 새어나오지 않도록 파이프나 엔진 등의 사이에 끼우는 마개)을 덮었다. 결과적으로 얻어진 QTC-코팅된 배터리(QTC-coated battery)는 상용 배터리만큼 효과적으로 레이저 포인터에 동력을 공급할 수 있었다.

동물 연구에서, QTC-코팅된 배터리는 조직 손상을 유발하지 않았다.

Litovitz는 연구진이 수정 과정을 거쳐 이러한 문제를 해결하는 최적의 방안을 구축했으며, 이를 통하여 안전한 배터리를 구현했다고 밝혔다. 그러나 그녀는 MIT 연구팀이 사용했던 배터리의 유형을 포함한 기술을 수행하는 데 몇 가지 장애가 있었다고 지적했다. 연구팀이 1.5-V 전지로부터 수집한 자료가 3-V 전지에도 추론될 수 있을 것으로 희망하는 한편, 이러한 추론의 증명이 숙제로 남아 있다고 Litovitz는 밝혔다. 또 그녀는 이러한 얇은 배터리에 밀리미터를 추가하는 것이 적용을 방해할 수 있는 제품의 재디자인을 필요로 한다는 점을 지적했다. 부가적으로 이러한 코팅 기술의 성공은 장소에서 배터리를 보유하기 위하여 필요한 압력과 식도에서 경험했던 압력 사이에 상당한 차이에 의존한다. 보다 더 큰 코인 배터리를 이용하여, 압력 차이(pressure difference)는 연구진이 보다 더 작은 배터리를 추정했을 때보다 더 커지지는 않을 것이라고 그녀는 밝혔다.

그럼에도 불구하고, Langer와 Karp는 이러한 기술이 낙관적이라고 밝혔다. 배터리가 의료 장치가 아니기 때문에, 연구진은 임상 시험이 필요하지 않을 것이라고 생각했다. 연구팀은 QTC-코팅된 배터리를 제조하기 위한 파트너를 찾을 예정이다. 연구진은 제조 관행과 양립할 수 있게 만들기 위하여 코팅 조성 또는 두께를 변화시킬 필요가 있다고 Karp는 밝혔다. 연구진이 비용이 문제가 될 것으로 생각지는 않는다고 그는 덧붙였다. 연구진이 시스템에 코팅을 추가하는 것이 달러 단위가 아닌 센트 단위의 비용이 소요될 것으로 전망하고 있다고 Karp는 밝혔다.

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 안전한 버튼 배터리의 구축