자연 태양광으로 그린수소 생산성 6배 높여…초대형 광전극 시스템 개발

기계연, 비스무트바나데이트 광전극 대면적 구현
고농도 전구체 용액 기술로 그린수소 생산성 향상

한국기계연구원이 태양광에서 높은 광전류를 생성해 그린수소 생산을 극대화할 수 있는 '초대형 광전극 시스템'을 개발했다. 기계연 제공

한국기계연구원은 이지혜 박사 연구팀이 자연 태양광에서 비스무트바나데이트 광전극의 광전류를 높게 생성해 수소 생산을 극대화하는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

비스무트바나데이트는 광흡수도와 태양광 수소 변환 효율이 높아 태양광 수전해 기반 친환경 수소 생산 시스템의 광전극 소재로 주목받고 있다.

기존 비스무트바나데이트 전구체 용액은 최대 100밀리몰(mM) 농도로만 박막을 형성할 수 있어 성능을 높이려면 8차례 이상의 코팅과 열처리 공정을 반복적으로 거쳐야 하기 때문에 공정 속도가 느리고, 재료 소모가 많아 생산성이 낮다.

연구팀은 아세틸아세톤, 아세틱애시드, 디메틸설폭사이드를 최적의 비율로 혼합한 고농도 비스무트바나데이트 전구체 용액을 개발했다. 이 전구체 용액은 단 한 번의 코팅만으로 균일하면서 고성능 박막을 형성할 수 있어 기존 대비 수소 생산성을 6배 높일 수 있다.

또한 연구팀은 비스무트바나데이트 광전극 4개를 연결해 576㎠ 크기의 초대형 전극 시스템을 제작했고, 이 시스템과 태양전지를 연결해 외부 전원 공급 없이 그린수소를 생산하는 데 성공했다.

이지혜 기계연 박사는 "고농도 비스무트바나데이트 전구체 용액 개발을 통해 대면적 광전극 제조의 효율성과 생산성을 개선한 연구성과"라며 "친환경 수소 생산 시스템 상용화를 앞당기는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 영국왕립화학회가 발행하는 국제 학술지 '재료화학저널A'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr