UNIST는 에너지화학공학과 이재성·석상일·장지욱 교수팀이 고효율·고내구성·대면적 확장성을 갖춘 ‘모듈형 인공나뭇잎’을 개발했다고 23일 밝혔다.
인공나뭇잎은 자연의 나뭇잎처럼 별도의 전원 없이 햇빛과 물만으로 수소를 생산하는 개념이다. 효율성과 경제성이 뛰어난 기술이지만 아직까지 상용화가 가능한 수준의 효율을 달성하지 못하고 있었다. 상용화가 되려면 태양광 수소 전환 효율(Solar to Hydrogen Efficiency·STH)이 10% 이상이어야 하는데 개별 단위가 아니라 여러 개를 묶은 모듈 단위로도 이런 효율을 내야 한다.
UNIST 연구팀은 페로브스카이트 기반의 태양광 흡수층과 니켈-철-코발트 촉매를 활용해 1㎠ 단위의 고효율 광전극을 제작하고, 이를 4x4 배열로 확장한 모듈형 인공나뭇잎을 개발했다. 염소를 첨가한 페로브스카이트 흡광층과 자외선에 강한 전자수송층, 촉매층을 결합해 효율과 안정성을 높였다.
또 전극의 수분 노출에 의한 손상을 막기 위해 특수 니켈 포일과 수지 봉지 기술을 적용해 140시간 연속 작동에서도 99%의 초기 성능을 유지할 수 있었다.
이렇게 만든 인공나뭇잎 모듈은 태양광 수소 전환 효율이 11.2%를 기록했다.
현재까지 보고된 인공나뭇잎 중에서 가장 높은 수준이고, 상용화에 필요한 10% 이상의 효율을 모듈 차원에서 달성했다는 점에서도 의미가 있다.
이재성 교수는 “태양전지 패널처럼 대면적 인공나뭇잎 패널로 확장도 가능해 상업화를 위한 결정적 진전을 이뤘다”고 말했다. 석현주기자
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