[인더스트리뉴스 최용구 기자] UNIST(총장 이용훈)는 에너지화학공학과 이재성 교수 등 연구팀이 그린수소 생산을 위한 세계 최고 수준의 광전극 모듈을 개발했다고 지난 6일 밝혔다.
연구팀은 태양에너지를 이용해 높은 효율과 내구성을 갖춘 대면적 광전극 모듈을 만들었다.
UNIST에 따르면 기존 페로브스카이트 태양전지의 단점을 보완하면서 광전극의 크기를 약 1만배 키우는데 성공했다.
태양광 수소 기술은 물을 분해해 수소를 얻는 이상적인 그린수소 생산 기술이다.
연구에는 UNIST 이재영 교수 외에 장지욱, 석상일 교수 및 탄소중립대학원 임학원 교수가 참여했다.
연구팀은 광전극 소재로 페로브스카이트를 채택했다. 페로브스카이트는 자외선과 수분에 대한 안전성이 떨어진다고 알려져 있다.
또 광전극을 물속에 넣는 과정도 관리가 까다롭다. 연구팀은 페로브스카이트의 양이온으로 메칠암모늄이 아닌 포름아미디늄을 사용했다.
물속 안정성을 유지시키기 위해 접촉면을 니켈로 완전 봉인했다.
스케일업 과정에선 광전극들을 일정 크기로 배치하는 ‘모듈 기반 설계’를 활용했다. 이는 소형 광전극을 블록처럼 쌓는 방식이다.
연구팀은 가로와 세로로 반복해 연결하면서 대면적의 광전극을 제조했다.
현재 연구개발용 광전극은 1㎠미만의 소형이다. 실용화까지 가려면 1만배 정도 스케일업이 필요하다.
다만 스케일업 시 수소생산 효율도 줄어드는 점은 한계다.
이재성 교수는 “효율 문제를 어느 정도 해결한 기술이 개발됐다”면서도, “실용화를 위해선 스케일업이 필요하다”고 강조했다.
공동 연구팀은 이번 연구에서 상용화를 위한 최소 조건인 수소 전환효율 10% 이상을 달성했다. 대면적 광전극 부문 세계 최고 수준이다.
연구결과는 에너지 분야 학술지 Nature Energy에 지난 1월 23일자로 게재됐다.
제 1저자 한소라 박사는 “이번에 개발한 광전극은 대면적에서도 높은 효율을 유지했다”라며, “그린수소 생산의 실용화를 위한 현장실증에 집중한다면 2030년 이전 상용화도 가능할 것”이라고 기대했다.
