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국내 연구진, 최대 97% 효율성 높인 태양광-수소생산 광전극 개발
(왼쪽부터) 1저자 유일한 박사과정, 서형탁 아주대 교수, 공동교신저자인 샨카라 칼라누르 교수 [사진=한국연구재단]

[IT비즈뉴스 최태우 기자] 국내 연구진이 태양빛을 이용한 수소생산 효율이 최대 97%까지 향상된 광전극 개발에 성공했다.

수소는 연료로 사용될 때 대기오염 없이 물만 배출하는 친환경 에너지원으로 주목받고 있으나 수소를 만들기 위해 화석연료를 개질하는 과정에서 온실가스인 이산화탄소를 대량 배출하는 문제가 있다. 

대안책으로 전기나 태양광을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하려는 시도가 활발하지만 낮은 효율성으로 실용화에 어려움이 있었다.

아주대학교 서형탁 교수 연구팀은 전극에서 태양광으로 생성된 전하의 이동을 촉진시켜 광전류 전환 효율을 60% 수준에서 97%로 향상시켰다. 수소 생산 효율도 뛰어나다. 1㎠의 광전극을 이용해 시간당 3㎎의 수소 기체가 발생했다.

기존에 진행돼 온 연구는 태양광을 흡수해 전하를 생성하는 소재 개발에 치우쳐져 있었다. 이번 연구에서는 전하를 양극과 음극으로 효율적으로 분리하기 위해 니켈산화물을 적층한 것이 핵심이다. 빛에 의해 생성된 전하의 손실도 최소화됐다.

개발된 전극은 3개 소재를 수직으로 쌓는 방식의 텐덤 구조로 개발됐다. 빛을 흡수해 양전하와 음전하를 생성하는 이산화티타늄 나노막대와 황화물 박막 위에 니켈산화물 박막이 증착됐다. 단일 전극으로 빛에 직접 반응하는 일체형이다.

서형탁 교수는 “저가의 니켈산화물을 전하 분리 보호막으로 고효율 나노구조 광전극에 적용했으며 최고 수준의 광전환 효율로 수소를 생산했다”라며 “추가적으로 장기 광화학반응 안정성을 개선하여 실용화를 목표로 연구를 지속할 예정”이라고 밝혔다. 

이번 연구 성과는 교육부·과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(기본연구, 중견연구)의 지원으로 수행됐다. 화학촉매 분야 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)’에 3월16일 게재됐다. 

최태우 기자  taewoo@itbiznews.com

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