다목적 베이지안 최적화를 통한 3D 프린팅 바이오-광전기화학 전지의 성능 향상(2025.01.20)

다목적 베이지안 최적화를 통한 3D 프린팅 바이오-광전기화학 전지의 성능 향상

식물의 광합성 소기관인 틸라코이드를 전극 표면에 얇게 도포하여 광합성 과정에서의 들뜬 광전자를 추출하는 기술이 개발되어져 왔다. 본 연구는 3D 프린팅이 가능하며 고농도에서도 안정적으로 광전자 추출이 가능한 틸라코이드 잉크를 개발하고자 틸라코이드와 전도성 물질을 혼합하고 혼합비를 최적화하였다. 특히, 소재를 효율적으로 최적화하기 위해 베이지안 최적화 기법을 이용했고, 프린팅 균일도와 제작된 소자의 에너지 변환 효율을 동시에 최적화하기 위해 비지배 정렬 유전 알고리즘(NSGA-II)을 적용했다. 최적화를 통해 프린팅 균일도와 에너지 변환 성능이 149%, 162% 증가하였고, 이 결과를 활용하여 3D 프린팅만을 이용하여 바이오 에너지 변환 소자의 완전 셀(full cell) 제작이 가능함을 입증했다. 기존 드롭 캐스팅 (drop-casting) 방식과 비교했을 때 해당 3D 프린팅 방법을 이용하면 자동화된 고신뢰성 반복 제작이 가능하며, 발전 효율 또한 0.00015%로 우수한 성능을 보여준다.

관련 링크: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17452759.2024.2449565