국내 연구진이 차세대 친환경 에너지로 각광받는 '그린수소'를 대량생산하는데 필수적인 기술을 개발했다.
광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이상한 교수와 에너지융합대학원 김희주 교수연구팀은 광전극에 모듈화 기술을 적용해 대면적화 가능한 '유기금속 할라이드 페로브스카이트 광전기화학 모듈시스템'을 개발했다고 27일 밝혔다. 대면적화란 소재의 면적을 넓히는 기술을 말한다.
탄소배출이 전혀 없는 그린수소는 태양광이나 풍력 등 신재생 에너지로 생산한 전력으로 생성된 수소를 의미한다. 태양광을 이용한 그린수소 생산에는 물을 포함하는 전해질과 '반도체 광전극'을 활용한 '광전기화학 물 분해' 방식이 주로 이용된다.
최근에는 제조 공정이 간편하고 높은 효율을 갖는 '페로브스카이트'가 광전극 물질로 대두됐으나 대면적화가 어렵다는 이유로 외면받기 시작했다. 그린수소를 대량 생산하려면 대면적의 광전극 개발이 필수적이기 때문이다. 페로브스카이트 광전극은 소자 면적이 넓어질수록 저항 손실이 커지고, 불균등한 박막이 형성되며 물질 내부결함 발생으로 인해 높은 효율을 보이기 어려웠다.
이에 연구팀은 페로브스카이트 기반 광전기화학 시스템의 대면적화를 위해 페로브스카이트 광전극을 평행하게 연결해 쉽게 높은 효율의 대면적화가 가능한 페로브스카이트 광전기화학 모듈을 개발하는 데 성공했다.
연구팀이 개발한 모듈은 광전기화학 모듈 중 최초로 외부전압이 필요없는 무전압 조건에서 구동 가능했고 실제 태양광 환경에서 현실 검증을 진행한 결과 실험실 환경의 91% 정도의 광량으로도 외부전압 없이 11.52㎃의 높은 광전류를 기록했다.
이상한 교수는 "이번 연구성과는 기존의 방식과는 다른 광전극의 모듈화 기술을 통해 대면적의 페로브스카이트 광전기화학 시스템 개발의 가능성을 제시했다"면서 "향후 후속 연구와 모듈화된 광전극을 통해 그린수소를 대량으로 생산할 수 있는 기술의 실용화를 기대한다"고 말했다.
이번 연구결과는 국제적인 학술지 '어드밴스드 사이언스' 표지논문으로 선정돼 지난 24일 게재됐다.
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