태양광소자 수소 생산효율 획기적 향상 기술 개발

연세대·아주대·포스텍 공동연구진 "태양광 수소 생산 상업화 기반 마련"

국내 연구진이 광 촉매인 티타늄 산화물(TiO₂)을 이용해 태양광 소자의 수소 생산 효율을 획기적으로 높일 수 있는 나노소재 제조기술을 개발했다.

연세대 박종혁·아주대 조인선·포스텍 박태호 교수 연구팀은 14일 광 촉매인티타늄 산화물을 이용, 태양광 흡수 능력 및 전기전도도를 크게 높이는 나노소재 제조기술을 개발해 태양광 소자의 물분해 수소생산 효율을 최대 이론값 수준으로 끌어올리는 데 성공했다고 밝혔다.

한국연구재단 중견연구지지원사업으로 수행된 이 연구 결과는 나노분야 학술지'나노레터스'(Nano Letters, 8월 18일자)에 게재됐다.

태양광 수소 생산 소자는 태양광을 이용해 전기를 생산하는 태양전지와 달리 물을 분해해 미래 청정에너지로 주목받는 수소를 생산하는 소자로 상업화하려면 생산효율을 10% 이상으로 높여야 한다.

그러나 그동안 산화광전극으로 사용돼온 티타늄 산화물이나 텅스텐 산화물(WO₃), 비스무트 바나듐 산화물(BiVO₄) 등의 효율이 낮아 태양광 소자의 수소 생산효율을 높이는 데 어려움을 겪어왔다.

연구진은 티타늄 산화물 소재를 저가의 공정으로 나노튜브 구조로 만들고 용액공정과 화염(flame) 공정을 결합한 새로운 이중 환원 공정처리를 통해 태양광 물분해 수소생산 효율이 최대 이론값에 근접하는 티타늄 산화물 나노튜브 소재를 만들었다.

티타늄 산화물 나노튜브로 만든 태양광-수소생산 소자는 광전류값이 최대 이론값에 가까운 2.1mA/㎠을 기록했다고 연구진은 설명했다.

연구진은 "용액·화염 이중공정을 기반으로 한 나노소재 고기능화 기술은 티타늄 산화물 소재 뿐 아니라 텅스텐 산화물, 산화철, 비스무트 바나듐 산화물 등에도확대 적용할 수 있다"며 "이들 소재는 이론값이 높아 추가 연구개발을 통해 효율 한계인 10% 벽을 충분히 넘을 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

연세대 박종혁 교수는 "이 연구 결과는 현재 화장품·페인트 등 많은 제품에 사용되는 산화 티타늄 소재의 응용분야로 확대하고, 태양광 에너지 수소변환 기술의상용화 가능성을 가속할 수 있는 계기를 마련한 것"이라고 말했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>