국내 연구진이 산화철의 전기적 성능을 높여 그린수소 생산효율을 3배 이상 높이는 기술을 개발했다.
20일 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 장지현 교수팀은 태양광 광전극을 활용한 그린수소 생산방식에서 수소 생산효율을 높일 수 있는 '다공성 산화철 전극'을 개발했다고 밝혔다.
최근 그린수소 생산방식으로 태양광 광전극을 활용한 기술이 주목받고 있다. 물속에 있는 금속 광전극이 태양광을 받으면 물을 수소와 산소로 분해하는 방식이다. 이 광전극은 물에 담겨있어야 하므로 주로 녹슨 산화철을 사용한다.
하지만 산화철은 전기적 성능이 부족해 수소 생산효율이 낮다는 문제가 있었다. 물을 분해하는 면적이 좁고, 전자 이동거리가 길어 상용화에 어려움을 겪고 있다.
이에 연구팀은 게르마늄(Ge), 티타늄(Ti), 주석(Sn)을 함께 섞어 산화철의 전기적 특성을 개선하고, 열을 이용해 다공성 구조를 만들어 반응 면적을 넓히고 전자 이동거리를 줄였다. 이를 통해 산화철의 단점을 극복하고 물 분해 효율을 높였다.
이같은 과정을 거쳐 평균 직경 10nm 이하의 다공성 산화철 전극을 제작했다. 이 전극을 사용해본 결과, 태양광을 이용한 수소전환 효율이 3.2배 높아졌고, 100시간동안 효율 저하없이 지속 사용이 가능했다. 장기간 안정적인 수소 생산을 가능하게 해 상업화에 한 발 더 다가섰다는 평가다.
장지현 교수는 "수소 생산효율을 크게 높이는 동시에 상업화를 위한 중요한 기술적 진전을 이뤄냈다"며 "그린수소 생산의 상업화를 앞당기고, 다양한 반도체 시스템에 적용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.
이번 연구결과는 국제학술지 ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters) 6월 3일자에 게재됐다.
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