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| 최대 97%까지 태양광—전류의 전환 효율을 향상시킨 수소 생산 광전극을 개발한 서형탁 교수팀 연구는 화학촉매 분야 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)’에 3월 16일 게재됐다.(자료제공=아주대 서형탁 교수 연구팀) |
한국연구재단(NRF)은 국내 연구진이 최대 97%까지 태양광—전류의 전환 효율을 향상시킨 수소 생산 광전극을 개발했다고 밝혔다.
수소는 연료로 사용될 때 대기오염 없이 물만 배출하는 청정에너지원이나 수소를 만들기 위해 화석연료를 개질하는 과정에서 오히려 온실가스인 이산화탄소를 대량 배출하는 문제가 있다.
이 대안으로써 전기나 태양광을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하려는 시도가 활발하지만, 효율이 매우 낮아 실용화가 어려웠다.
11일 아주대학교 신소재공학과 서형탁 교수팀에 따르면 전극에서 태양광으로 생성된 전하의 이동을 촉진함으로써, 광전류 전환 효율을 60% 수준에서 97%로 향상시켰다.
또한 이로 인해 수소 생산 효율도 뛰어나, 1㎠의 광전극을 이용해 시간당 3㎎의 수소 기체가 발생했다.
연구과정을 보면 이번에 개발된 전극은 3가지 소재가 쌓인 텐덤(tandem) 구조로 빛을 흡수해 양전하와 음전하를 생성하는 이산화티타늄 나노막대와 황화물 박막 위에 니켈산화물 박막이 됐다.
이 연구결과에 의하면 기존 연구들은 태양광을 흡수해 전하를 잘 생성하는 소재 개발에 치우쳤으나, 이 연구에서는 전하를 양극과 음극으로 효율적으로 분리하기 위해 니켈산화물을 적층한 것이 핵심적이고 이를 통해 빛에 의해 생성된 전하의 손실도 최소화됐다.
서형탁 교수는 “저가의 니켈산화물을 전하 분리 보호막으로써 고효율 나노구조 광전극에 적용하였고, 최고 수준의 광전환 효율로 수소를 생산했다”고 말했다.
이 연구는 교육부·과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업의 지원으로 수행됐고, 유일한 박사과정 학생과 샨카라 칼라누르 교수가 참여한 연구결과는 화학촉매 분야 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)’에 3월 16일 게재됐다.
