DGIST, 친환경 태양광 수소 생산 기술 개발

[헤럴드경제(대구)=김병진 기자]DGIST는 에너지공학과 최종민 교수 연구팀과 국민대 화학과 김영훈 교수 연구팀이 물 기반의 저전압 공정을 활용해 태양광으로 수소를 생산하는 고효율 광전극을 개발했다고 16일 밝혔다.

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.

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

개발된 새로운 광전극은 기존 단일 소재 전극보다 빛에 의해 발생하는 광전류가 약 10배 이상 대폭 향상됐다.

태양광과 유사한 환경에서 실험한 결과 ㎤(제곱센티미터)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 친환경 그린 수소 생산 상용화에 기여할 것으로 기대되고 있다.

DGIST 에너지공학과 최종민 교수는 “이번 연구는 고전압과 유독성 용매에 의존하던 기존 공정의 한계를 벗어나 안전하고 깨끗한 물 기반의 저전압 공정으로 높은 수소 생산 효율을 달성한 것에 큰 의미가 있다”며 “향후 친환경 수소 생산 기술의 실용화를 앞당기는 중요한 밑거름이 될 것”이라고 말했다.

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.