3차원 구조 이용한 수소 발생 광 전극 개발

재료연 임재홍 박사팀, 저비용.친환경 수소생산 길 열어

임재홍 박사

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 친환경 에너지원인 수소를 쉽게 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

재료연구소는 표면기술연구본부 임재홍 박사팀과 유봉영 한양대학교 교수팀이 폴리머 구체를 이용해 태양광 흡수를 극대화해 수소를 발생시키는 3차원 산화구리 광 전극 개발에 성공했다고 11일 밝혔다.

이번 연구는 각각 글로벌프론티어사업과 신재생융합원천기술사업을 수행중인 두 팀이 협력해 이뤄낸 결과로 저널 오브 머티리얼 케미스트리 A에 게재됐다.

수소는 무공해 에너지원으로 자동차 등 수송기기나 발전 장비 등으로 사용 가능해 전 세계적으로 관련 연구가 활발하게 전개되고 있다.

현재 수소를 대체 에너지로 쓰기 위해 물을 전기 분해하는 수소제조법이 일반적으로 사용되고 있으나 비용이 높아 태양빛을 이용하는 기술이 주목받고 있다.

임 박사팀이 이번에 개발한 기술은 태양에너지 이용을 극대화한 것으로 저비용, 친환경적인 방법으로 수소를 제조할 수 있다.

금속 기판위에 300 나노미터 크기의 작은 구슬과 같은 폴리머 구체를 쌓은 뒤 습식 즉 물속에서 전해증착법을 이용해 용액 내에서 산화구리를 2~3마이크로미터의 얇은 막으로 증착해 3차원의 광 전극을 만들었다.

전기화학공정 및 풍부한 구리 자원을 이용한 것으로 비교적 간단하고 저렴하게 고효율의 3차원 광 전극을 제조할 수 있다.

기존의 광 전극은 평평한 평면구조로 만들어져 빛의 반사로 인한 광 효율 손실이 많고 물과의 표면 접촉 면적이 적어 수소 발생이 한정적이었다.

개발된 기술을 적용하면 빛의 흡수율과 접촉 면적이 극대화돼 광 전극의 효율을 2배 정도 향상시킬 수 있다.

연구팀이 개발한 3차원 광 전극 제조 기술은 산화구리뿐만 아니라 다른 물질에도 적용 가능해 향후 안정적이고 효율적인 다양한 광 전극 개발에 박차를 가할 방침이다.

임재홍 박사는 “이번 기술은 태양광을 이용해 저비용으로 효율이 높은 수소 생산에 큰 역할을 할 것”이라고 밝혔다.

산화구리 표면의 형상 및 구조를 변화시켜 수소생산 효율을 극대화하는 기술 관련 공정 모식도