‘수소 생산 광전극’ 개발…태양 빛 이용 수소생산 효율 '60→97％'

머니투데이

류준영 기자

아주대 서형탁 교수 연구팀이 최대 97%까지 태양광·전류의 전환 효율을 높인 ‘수소 생산 광 전극’을 개발했다고 9일 밝혔다.

수소는 연료로 사용될 때 대기오염 없이 물만 배출하는 청정에너지원이다.

그러나 수소를 만들기 위해 화석연료를 개질하는 과정에서 오히려 온실가스인 이산화탄소가 대량 배출하는 문제가 따른다.

학계에선 그 대안으로 전기나 태양광을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하려는 시도가 활발히 진행중이나 효율이 낮아 실용화에 어려움을 겪고 있다.

서형탁 교수/사진=아주대

서 교수 연구팀은 광 전기화학적 물 분해 전극 제조법에서 수소 생산 효율을 높일 수 있는 기술을 고안, 광전류 전환 효율을 기존 60% 수준에서 97%로 향상시켰다.

연구팀에 따르면 이 기술은 전하를 양극과 음극으로 효율적으로 분리하기 위해 니켈산화물을 쌓아 올린 게 골자다.

이렇게 적층된 모양을 ‘탠덤 구조’라고 부른다. 탠덤은 서로 보완적인 두 개 이상의 광 흡수 반도체를 수직으로 쌓은 형태를 말한다.

연구진은 “빛을 흡수해 양전하와 음전하를 생성하는 이산화타이타늄 나노막대와 황화물 박막 위에 니켈산화물 박막을 증착시켰다”고 설명했다.

기존 연구들은 태양광을 흡수해 전하를 잘 생성하는 소재 개발에 치우쳤으나, 이 연구에서는 전하를 양극과 음극으로 효율적으로 분리하기 위해 니켈산화물을 적층한 것이 핵심이다. 이를 통해 전하 손실도 최소화했다.

연구진은 또 수소 생산 효율 역시 뛰어나 1㎠의 광 전극에 시간당 3㎎의 수소 기체가 발생했다고 전했다.

서 교수는 “저가의 니켈산화물을 전하 분리 보호막으로써 고효율 나노구조 광전극에 적용하였고, 최고 수준의 광전환 효율로 수소를 생산했다”라며, “추가적으로 장기 광화학반응 안정성을 개선하여 실용화를 목표로 연구를 지속할 예정”이라고 말했다.