태양광 수소 생산에 사용하는 금속 황화물 광전극의 부식 문제를 국내 연구진이 해결해 기술 상용화에 청신호가 켜졌다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 장지욱·장성연 교수팀이 부식을 차단한 금속 황화물 양자점 기반 태양광 수소 생산 광전극을 개발했다고 29일 밝혔다.

태양광 수소 생산은 물속에 담긴 광전극에 햇볕을 쫴 물을 수소와 산소로 분해하는 기술이다.

그런데 고성능 광전극 소재인 금속 황화물은 물에 잠김 채 햇빛을 받으면 산화·분해된다. 이 때문에 대신 분해되는 고가의 '희생제'를 지속해서 투입해야 해 태양광 수소 생산의 경제성을 낮추는 주요 요인이 됐다.

연구팀은 니켈과 필드 합금 금속으로 황화물 표면을 감싸는 방식을 사용해 희생제 없이도 내구성이 뛰어난 광전극을 개발했다.

이 광전극은 희생제 없이도 세계 최고 수준인 18.6㎃/㎠의 광전류 밀도를 기록했고, 24시간 연속 운전 후에도 초기 성능의 90%를 유지했다. 이는 희생제를 쓰는 기존 황화물 광전극 성능과 비슷한 수준이다.

연구팀 관계자는 "희생제 없이도 미국 에너지부가 제시한 상용화 기준(20㎃/㎠)에 버금가는 효율을 내고 동시에 내구성까지 확보했다"며 "차세대 수소 생산 기술의 상용화를 앞당기는 발판이 될 것"이라고 말했다.

이런 연구 결과는 지난달 11일 발간된 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 실렸다.