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[투데이에너지 신일영 기자] 물을 이용한 태양광 수소 생산 과정에서 광전류 성능을 10배 이상 높인 광전극이 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 에너지공학과 최종민 교수 연구팀과 국민대학교 화학과 김영훈 교수 연구팀이 물을 이용한 저전압 공정을 활용해 태양광으로 수소를 생산하는 고효율 광전극을 개발했다고 16일 밝혔다.

이번 연구에서 연구팀은 나노결정 표면의 분자를 물과 잘 섞이는 친수성 분자로 교체한 뒤, 물(수용액) 속에서 미세한 전기를 가해 입자를 전극에 달라붙게 하는 수계 전기영동증착 공정을 새롭게 적용했다.

그 결과 기존 200V에 달하던 공정 전압을 건전지 수준인 단 4V로 획기적으로 낮췄다.

또한, 독성 유기 용매 없이 안전한 수용액 상태에서 단 3분 만에 전극에 소재를 입히는데 성공해 고전압 환경에서 발생하던 표면 손상과 불순물(산화 부산물) 형성 문제도 해결했다.

특히 이번에 개발된 광전극은 기존 단일 소재 전극보다 광전류 성능이 10배 이상 향상돼 태양광 수소 생산 기술의 효율 개선에 기여할 것으로 기대된다.

태양광과 유사한 환경에서 실험한 결과 ㎤당 3.0밀리암페어(㎃/㎠)의 우수한 광전류 밀도를 기록했다.

또 2시간 동안 연속으로 빛을 쪼인 후에도 초기 성능의 65.1%를 안정적으로 유지했으며 기체 분석을 통해 수소가 정상적으로 발생함을 확인했다.

이번 성과는 유해 물질인 납이나 카드뮴을 철저히 배제한 소재를 사용하고 증착 단계에서의 유기 용매 사용과 고전압 의존도를 대폭 줄였다는 점에서 진정한 의미의 친환경 그린 수소 생산 상용화에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노·소재기술개발사업 및 과기정통부 이노코어 사업의 지원을 받아 수행됐다.

DGIST 박진영 박사와 김해정 박사과정생이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료 분야 국제 저명 학술지인 Small(스몰)에 게재됐다.

■ 용어 설명

수계 전기영동증착 공정 : 물을 기반으로 한 용액에서 전기장을 이용해 입자를 이동시킨 뒤 전극 등 기판 표면에 부착하는 기술. 유기용매를 사용하는 공정에 비해 용매의 유해성을 줄일 수 있으며, 낮은 전압에서 소재를 증착하면 에너지 사용과 공정 중 발생하는 손상을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)