DGIST-국민대 교수 연구팀
공정 전압 줄이고 광전류 10배↑
3분 만에 저전압 표면 처리 성공
유독성 용매 의존 한계 극복
대구경북과학기술원(DGIST)은 19일 에너지공학과 최종민 교수 연구팀이 국민대학교 화학과 김영훈 교수 연구팀과 공동으로 물 기반의 저전압 공정을 활용해 태양광으로 수소를 생산하는 고효율 광전극을 개발했다고 밝혔다.
연구팀은 나노결정 표면의 분자를 물과 잘 섞이는 ‘친수성 분자’로 교체한 뒤 물(수용액) 속에서 미세한 전기를 가해 입자를 전극에 달라붙게 하는 ‘수계 전기영동증착’ 공정을 새롭게 적용했다.
이를 통해 기존 200V에 달하던 공정 전압을 건전지 수준인 단 4V로 획기적으로 낮췄으며, 독성 유기 용매 없이 안전한 수용액 상태에서 3분 만에 전극에 소재를 입히는 데 성공해 고전압 환경에서 발생하던 표면 손상과 불순물(산화 부산물) 형성 문제를 해결했다.
개발된 새로운 광전극은 기존 단일 소재 전극보다 빛에 의해 발생하는 광전류가 약 10배 이상 대폭 향상됐다. 특히 태양광과 유사한 환경에서 실험한 결과, 제곱센티미터당 3.0밀리암페어(mA/cm²)의 우수한 광전류 밀도를 기록했다. 또 2시간 동안 빛을 쪼인 후에도 초기 성능의 65.1%를 유지했으며, 기체 분석을 통해 수소가 정상적으로 발생하는 것도 확인했다. 연구 결과는 재료 분야 국제 저명 학술지인 ‘Small’에 게재됐다.
최종민 DGIST 에너지공학과 교수는 “이번 연구는 깨끗한 물 기반의 저전압 공정으로 높은 수소 생산 효율을 달성한 것에 의미가 있다”라며 “친환경 수소 생산 기술의 실용화를 앞당기는 밑거름이 될 것”이라고 기대했다.
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