기계연, 자연 태양광 활용 그린수소 생산 기술 실증
576㎠ 초대형 광전극 시스템 구현… BiVO₄ 전구체 공정 단순화로 효율 5.9배↑
한국기계연구원이 자연 태양광만으로 고효율 수소 생산이 가능한 대면적 광전극 시스템 실증에 성공했다.
국가과학기술연구회 산하 한국기계연구원(원장 류석현)은 이지혜 나노리소그래피연구센터장 연구팀이 BiVO₄(비스무트 바나데이트) 광전극의 고농도 전구체 용액을 개발해, 공정 단순화 및 수소 생산 효율을 대폭 향상시켰다고 22일 밝혔다.
기존에는 100mM 이하의 BiVO₄ 전구체만 제조 가능해 박막 형성을 위해 8회 이상 반복 공정이 필요했지만, 연구팀은 아세틸아세톤, 아세틱 애시드, DMSO를 최적 비율로 혼합해 단 한 번의 코팅으로 균일한 고성능 박막 형성이 가능한 고농도 전구체를 구현했다. 생산성은 기존 대비 약 5.9배 향상됐다.
연구팀은 이 기술을 적용해 144㎠ 광전극 4장을 연결한 576㎠ 규모 초대형 시스템을 제작했다. 해당 시스템은 태양전지와 병렬로 연결돼 외부 전원 없이 자연 태양광만으로 수소를 생산하며, 고광전류 유지와 경제성 측면에서 상용화 가능성을 확보했다.
이지혜 센터장은 "고농도 전구체 기술은 대면적 광전극 제조 효율을 끌어올릴 수 있는 핵심 성과"라며 “지속 가능한 에너지 전환과 친환경 수소 생산 상용화를 앞당기는 계기가 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 기계연 기본사업과 중기부, 산업부의 R&D 지원을 받아 수행됐으며, 관련 특허 출원과 함께 'Journal of Materials Chemistry A'에 연구 결과가 게재됐다.
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