광전극 1만배 스케일업…세계 최고 태양광수소 전환효율 달성
UNIST가 그린수소 생산용 대면적 광전극 모듈을 개발했다. 모듈 기준 세계 최고 효율로 그린수소 생산 실용화를 앞당길 것으로 기대된다.
UNIST(총장 이용훈)는 이재성·장지욱·석상일 에너지화학공학과 교수와 임한권 탄소중립대학원 교수 공동 연구팀이 고효율과 고내구성에 수소를 대량 생산할 수 있는 그린수소 생산 대면적 태양광전극 모듈을 개발했다고 6일 밝혔다.
태양광수소기술은 태양에너지로 물을 분해해 수소를 얻는 그린수소 생산기술이다. 지속적 연구개발로 효율 문제가 해소되고 있지만 실용화를 위해선 크기를 키우는 스케일업이 필요하다.
공동 연구팀은 기존 페로브스카이트 태양전지의 단점을 해결하고 광전극의 크기를 1만배로 늘린 스케일업으로 실용 가능성을 높였다.
먼저 광전극 소재로 효율이 높고 비교적 값이 싼 페로브스카이트를 채택했다. 페로브스카이트 태양전지는 석상일 교수 등 UNIST 교수들이 선도하고 있는 연구개발 분야다. 이어 태양광에 포함된 자외선과 공기 중 수분, 물 속 전기분해에서 안정성이 떨어지는 페로브스카이트 광전극 문제를 개선했다. 페로브스카이트 양이온으로 기존 메칠암모늄 대신 포름아미디늄을 사용해 자외선에 안정된 페로브스카이트를 제조하고, 물과의 접촉면을 니켈 포일로 완전 봉인해 물속에서도 안정성을 유지하도록 했다.
작은 광전극을 일정 크기로 연결해 배치하는 '모듈 기반 설계'를 적용해 1㎠ 미만의 기존 소형 광전극을 실용화 규모인 1㎡(1만배)로 스케일업했다. 스케일업에서 발생하는 생산 효율 감소도 최소화했다.
개발한 대면적 광전극 모듈로 상용화 최소 조건인 태양광수소 전환효율 10% 이상을 달성했다. 대면적 광전극으로는 세계 최고 효율이다.
연구팀은 그린수소 생산 실용화를 위한 현장 실증에 집중해 2030년 이전에 태양광을 이용한 그린수소 기술을 상용화할 계획이다. 이번 연구 성과는 네이처에너지 1월 23일자 온라인에 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
