CWN(CHANGE WITH NEWS) - 국내 연구팀, 그린수소 대량생산하는 ′광전극 모듈′ 개발

[CWN 김정후 기자] 국내 연구팀이 효율적으로 그린수소를 대량생산하는 대면적의 광전극 모듈을 개발했다.

6일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 이재성·장지욱·석상일 에너지화학공학과 교수와 임한권 탄소중립대학원 교수 공동 연구팀은 태양에너지를 이용해 그린수소 생산 기술을 개발했다.

연구팀은 해당 기술이 높은 효율과 내구성, 대규모 생산 등의 장점을 가졌다고 설명했다. 이와 함께 페로브스카이트 태양전지의 단점을 해결하고 광전극의 크기를 1만배 키워 실용 가능성을 높였다.

태양광 수소 기술은 지구상에서 가장 풍부한 재생에너지인 태양에너지를 이용해 물을 분해해 수소를 얻는 이상적인 그린수소 생산기술로 알려져 있다.

연구팀은 광전극 소재로 효율이 높고 비교적 값이 싼 페로브스카이트를 채택했다. 페로브스카이트 태양전지는 연구팀의 전문 분야이기도 하다. 이 전지는 태양광에 포함된 자외선과 공기 중의 수분에 대한 안정성이 떨어진다는 단점이 있다. 물을 분해해 수소를 만들기 위해선 광전극을 물속에 넣어야 하기 때문이다.

연구팀은 이를 모두 개선했다. 우선 페로브스카이트의 양이온으로 기존의 메칠암모늄 대신 포름아미디늄을 사용해 자외선에도 안정적이도록 제조했다. 이후 물과의 접촉면을 니켈 포일로 완전 봉인해 물속에서도 안정성을 유지했다.

보통 연구개발용 광전극은 1㎠미만의 소형이다. 이를 실용화 규모인 1㎡까지 키우려면 1만배 정도 스케일업을 해야 한다. 이때 수소생산 효율이 감소하기 때문에 이를 최소화하는 기술도 요구된다.

연구팀은 이 광전극을 스케일업하기 위해 작은 광전극들을 일정한 크기로 연결해 배치하는 '모듈 기반 설계'를 활용했다. 소형 광전극을 블록을 쌓는 것처럼 가로·세로로 반복해서 연결해 대면적의 광전극을 제조했다.

이렇게 스케일업 된 모듈은 상용화를 위한 최소 조건인 태양광수소 전환효율 10% 이상을 달성했다. 이는 대면적 광전극에서 세계 최고 효율이다.

이번 연구결과는 에너지 분야 최고의 학술지인 ‘네이처’에 지난달 23일 온라인 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부가 추진하는 기후변화대응사업과 BrainLink 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

CWN 김정후 기자
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