전기 없이 햇빛으로 수소 생산…UNIST, 고효율·고내구성 탠덤 광전극 개발 작성일 10-26 54 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">하이브리드 연결층 적용 탠덤 구조<br>10시간 구동 후 광전류 86% 유지<br>320㎠ 대면적 모듈 야외 실증 성공<br>생산단가 1kg당 4.26달러까지 절감</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="UxJTHyJ6CT"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="efb8185794fb7c94731cd86828cdc5542682a5f7851e727b7abb3efbb54c3eee" dmcf-pid="uMiyXWiPvv" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="전유기 광전극을 야외에서 실증 중인 모습. 사진제공=UNIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/seouleconomy/20261026083424530jejm.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="paXQdxXSWy" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/seouleconomy/20261026083424530jejm.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 전유기 광전극을 야외에서 실증 중인 모습. 사진제공=UNIST </figcaption> </figure> <p contents-hash="2b72b7850c7578731197e8fadecdfa30d0ccf87ff699a562b45308cfc0e5afb7" dmcf-pid="7RnWZYnQvS" dmcf-ptype="general">외부 전력 공급 없이 햇빛만으로 물을 분해해 그린수소를 생산하는 고효율 유기 광전극이 개발됐다. 무전원 유기 반도체 광음극 중 세계 최고 수준인 7.9%의 태양광 수소 전환 효율을 기록했으며 대면적 야외 실증과 생산단가 절감 가능성까지 입증했다.</p> <p contents-hash="83545e68cad21583fda44edf0f50654cc90c6abe975776ef056c269af59e5f26" dmcf-pid="zRnWZYnQWl" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST)은 탄소중립대학원 김진영 교수와 에너지화학공학과 이재성·임한권 교수 연구팀이 빛을 흡수하는 유기 반도체 층을 두 겹으로 쌓은 ‘탠덤 광전극’을 개발했다고 26일 밝혔다. 연구 결과는 환경·에너지 촉매 분야 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런먼트 앤드 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)’에 9월 6일 온라인 게재됐다.</p> <p contents-hash="026853cdae1192c19293d822422456c1886921fe75828804878ebe5f5f508493" dmcf-pid="qeLY5GLxhh" dmcf-ptype="general">태양광 물 분해 기술은 이산화탄소 배출 없이 그린수소를 얻는 친환경 기술이다. 유기 반도체 기반 광전극은 소재를 용액에 녹여 바르는 저온 공정이 가능해 대면적 제작과 비용 절감에 유리하다. 하지만 단일 흡수층만으로는 물 분해에 필요한 전압(1.23V 이상)을 얻기 어려워 외부 전원이 필요했다. 전압을 높이기 위해 반도체를 두 겹으로 쌓는 시도가 있었으나 기존 연결층 소재(PEDOT:PSS)는 산성이 강하고 습기에 취약해 인접 층을 부식시키는 한계가 있었다.</p> <p contents-hash="b6268c04586ec68079e79fbadd09dcd6e3d93bcdd49dde32b73cad04dbd909d1" dmcf-pid="BdoG1HoMvC" dmcf-ptype="general">연구팀은 서로 다른 파장의 빛을 흡수하는 두 유기 반도체 층 사이에 산화몰리브덴(MoOx)과 유기 분자(2PACz)를 결합한 새로운 하이브리드 연결층을 적용해 문제를 해결했다. 산화몰리브덴은 산성을 띠지 않고 습기 흡수가 적으며 상부 반도체 코팅 시 쓰이는 용매 침투도 막아준다. 2PACz는 산화물의 결함을 줄이고 박막 간 접착력을 높여 전하가 손실 없이 이동하도록 돕는다.</p> <p contents-hash="8605b3696d07882afebc8759d3dd2157252e2fd559bfd868be0a3eb3f4c89424" dmcf-pid="bJgHtXgRyI" dmcf-ptype="general">성능 평가 결과, 연구팀은 1.67V의 높은 개시 전압을 확보했다. 0.56㎠ 크기의 광전극은 외부 전원 없이 태양광 수소 전환 효율 7.9%를 달성했다. 이는 외부 전압 없이 작동하는 유기 반도체 기반 광음극 가운데 세계 최고 수치다. 내구성도 개선돼 10시간 연속 구동 후 초기 광전류의 86%를 유지했다. 기존 연결 소재를 쓴 광음극의 광전류가 36% 수준으로 급감한 것과 대조적이다. 연구팀은 320㎠ 크기의 대면적 모듈 시스템을 제작해 자연광 아래에서 외부 전압 없이 수소를 생산하는 야외 실증에도 성공했다.</p> <p contents-hash="d93cb8b3b348db3a8e53ebd8422379a71e3ad321a643428f9d485db91384e188" dmcf-pid="KiaXFZaeCO" dmcf-ptype="general">장치 전체의 귀금속 의존도와 공정 비용도 낮췄다. 수소 발생 광전극의 백금 함량은 중량 기준 약 0.1%로 줄였고, 산소 발생 전극에는 고가의 귀금속 대신 니켈·철·코발트(NiFeCo) 기반 촉매를 썼다. 두 전극이 동일한 수산화칼륨 용액에서 작동해 별도의 이온교환막도 필요 없다.</p> <p contents-hash="a910970ccb7dd2075e71ad2860308cef458bb02209ce816eb0c121a4382ef853" dmcf-pid="9nNZ35Ndls" dmcf-ptype="general">전 공정 경제성 평가(TEA) 결과, 현재 효율(7.9%)을 기준으로 하루 10톤의 수소를 생산할 때 수소 1kg당 생산 비용은 9.26달러로 추산됐다. 유기 반도체 도입으로 전극 제작비를 낮춘 덕분에 전환 효율 10%급 무기물 광전극과 비슷한 경제성을 확보했다. 향후 전환 효율을 이론적 한계인 16%까지 끌어올리고 일일 생산량을 30톤 규모로 확대하면 수소 1kg당 생산 단가를 4.26달러까지 낮출 수 있는 것으로 분석됐다.</p> <p contents-hash="f3cfdda7c0443f4488c7777e7a4430f1049c0434021e207aa8e5bc7741712435" dmcf-pid="2Lj501jJTm" dmcf-ptype="general">김진영 교수는 “유기 반도체 적층 전극의 고질적인 난제였던 연결층의 불안정성과 부식 문제를 해결했다”며 “용액 공정이 가능한 유기 반도체의 이점을 살려 그린수소 생산 단가를 낮추는 데 기여할 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="4c9cc849bc770c6fb02be894a0cd527bedae8a37f0cd87e4a87834d46eb1847b" dmcf-pid="VoA1ptAiWr" dmcf-ptype="general">이번 연구는 김재형·이연정·문종아 연구원과 다르메쉬 한소라 박사가 공동 제1저자로 참여했으며 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF)과 UNIST의 지원을 받아 수행됐다.</p> <p contents-hash="4caaeea71c7eca283a076a91d01a5a02f45e1a4ce602a3c4d302cc3e9ae938e9" dmcf-pid="fgctUFcnvw" dmcf-ptype="general">울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 서울경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 인스파이어 아레나, '네이버 아레나'로 바뀐다 10-26 다음 아이폰 듀오 화면 균열, ‘힌지 레일’ 때문? 10-26 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
