▲ 산화구리 표면의 형상 및 구조를 변화시켜 수소생산 효율을 극대화하는 기술의 모식도.

태양광을 이용한 수소 생산기술 효율을 높일 수 있는 방법이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

재료연구소(소장 강석봉)는 표면기술연구본부 임재홍 박사팀과 한양대학교 유봉영 교수팀이 폴리머 구체를 이용해 태양광 흡수를 극대화하여 수소를 발생시키는 3차원 산화구리 광 전극 개발에 성공했다고 밝혔다.

공해 발생이 없는 수소는 자동차, 연료전지의 차세대 에너지원으로 각광받고 있으나 수소를 생산하기 위해선 에너지가 필요하다. 현재 물을 전기 분해하는 수소제조법이 일반적으로 사용되고 있으나 높은 전기 비용으로 인해 태양광을 활용하는 기술이 주목받고 있다.

그러나 기존의 태양광 전극은 평평한 평면구조로 만들어져 빛의 반사로 인한 광 효율 손실이 많고 물과의 표면 접촉 면적이 적어 수소 제조에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 빛의 흡수율과 접촉 면적이 극대화될 수 있도록 금속 기판위에 300나노미터 크기의 작은 구슬과 같은 폴리머 구체를 쌓은 뒤 물속에서 전해증착법을 이용하여 용액내에서 산화구리를 2~3마이크로미터의 얇은 막으로 증착해 3차원의 광 전극을 만들었다.

이번에 개발된 기술을 적용하면 빛의 흡수율과 접촉 면적이 극대화돼 광 전극의 효율을 2배 정도 향상시킬 수 있다.

3차원 광 전극 제조 기술은 산화구리뿐만 아니라 다른 물질에도 적용 가능해 연구팀은 향후 안정적이고, 효율적이며 다양한 광 전극 개발에 더욱 박차를 가할 방침이다.

재료연구소 임재홍 박사는 “이번 기술은 태양광을 이용해 저비용으로 효율이 높은 수소 생산에 큰 역할을 할 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구는 각각 글로벌프론티어사업과 신재생융합원천기술사업을 수행중인 두 팀이 협력하여 이뤄낸 결과로 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 게재됐다.