[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 장지욱·장성연 교수팀이 고성능 광전극 소재의 치명적 단점이었던부식 문제를 해결한 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 

광전극을 이용해 물과 햇빛만으로 그린 수소를 생산 하는 태양광 수소 생산 기술의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대됩니다.

광전극은 햇빛을 받아 전자를 내놓는 부품입니다. 이 전자 덕분에 물이 수소와 산소로 분해되는 화학반응이 일어난다. 광전극 안에는 반도체층이 전자를 만드는 역할을 하는데, 고성능 반도체 소재인 황화물계 소재의 경우 물과 반응해 부식이 일어나는 것. 이를 막기 위해서 대신 분해되는 희생제를 지속적으로 투입돼 태양광 수소 생산의 경제성을 낮추는 원인이 됐다.

연구팀은 두 종류의 금속으로 황화물 표면을 감싸는 방식으로 희생제 없이도 뛰어난 내구성을 갖춘 광전극을 개발했다. 니켈금속과 상온에서 녹는점이 낮은 필즈 금속입니다. 황화물 표면을 감싼 니켈 호일은 물리적 보호막을 형성하며, 액체 상태의 필즈 금속은 니켈 호일과 황화물 반도체 사이에 생기는 미세한 틈새를 밀봉해 수분 침투를 차단한다. 니켈 호일은 물 분해 반응을 돕는 촉매 역할도 해 효율을 높일 수 있다.

또 광전극 내부로 침투한 자외선이 전자전달층과 반응해 광전극을 노화시킨다는 사실을 새롭게 밝혀내고, 이를 예방할 수 있는 역방향 적층 구조를 적용했다. 자외선을 잘 흡수하는 반도체 층이 빛을 먼저 맞도록 광전극 내부에 적층 순서를 바꾼것이다.

개발된 광전극은 희생제가 없는 일반 수용액 환경(1.0 M NaOH 전해질)에서도 세계 최고 수준인 18.6 mA/cm²의 광전류 밀도를 기록했으며, 24시간 연속 운전 후에도 초기 성능의 약 90%를 유지했다. 이는 희생제를 쓰는 기존 황화물 광전극 성능과 견줄 만한 수준이다. 또 자외선 차단 설계가 적용된 역적층 광전극의 경우에는 100시간 넘게 성능 저하 없이 작동했다.

연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)'에 지난달 11일 출판됐다.


◎공감언론 뉴시스 gorgeouskoo@newsis.com