[지금은 과학] 그린수소 생산 ‘광전극’ 보호하는 기술 나왔다

[아이뉴스24 정종오 기자] 온실가스 발생 없이 태양 빛으로 물에서 수소 생산이 가능케 하는 것이 광전극이다. 국내 연구팀이 이러한 광전극의 내구성을 높일 수 있는 생체모방형 하이드로젤 보호 기술을 개발되었다. 적용했더니 광전극 구동시간이 증가한 것을 확인했다.

하이드로젤(Hydrogel)은 상처드레싱, 소프트렌즈, 기저귀 등에 사용되는 재료이다. 물을 많이 머금을 수 있는 3차원 다량체(폴리머,polymer) 구조물이다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 문주호 교수(연세대 신소재공학과, 제1저자 탄제완 박사), 이형석 교수(연세대 기계공학과, 제1저자 강병준) 연구팀이 광전극의 구조 손상을 방지하고 구동 시간을 획기적으로 증가시킬 수 있는 신개념 하이드로젤 기반 보호 기술을 개발했다고 10일 발표했다.

광전극을 활용한 물 분해 기술은 그린 수소를 생산할 수 있는 친환경 미래 기술이다. 광전극의 효율을 높이려는 많은 시도가 이뤄졌는데 광전극의 부식, 표면 촉매의 탈착 등으로 내구성이 떨어지는 문제는 여전히 실용화에 가장 큰 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 해양 식물 표피층의‘하이드로젤’ 보호막이 내부 세포 손상을 억제한다는 것에 주목했다. 물속에서 작동하는 광전극의 표면을 이와 비슷하게 설계해 하이드로젤 보호막을 사용하면 광전극의 구동 시간이 획기적으로 증가함을 입증했다.

하이드로젤의 기계, 구조적 특성 최적화를 통해 장시간 구동이 가능한 보호막 조건을 도출해 광전극 구동시간을 향상시키는데 이바지했다. 하이드로젤의 나노그물망이 광전극의 부식과 표면 촉매의 탈착을 동시에 억제함으로써 내구성을 높일 수 있었다.

문주호 교수는 “광전극의 부식과 표면 촉매 탈착을 동시에 억제하며 다양한 광전극에 적용 가능한 저가 하이드로젤 보호 기술을 최초로 제시했다는 데에 의의가 있다”고 설명했다.

이형석 교수는 “나노그물망 형태의 하이드로젤 보호막이 광전극의 수소 생산에 미치는 영향을 규명하고 보호막의 최적화를 통해 전극 수명을 연장시켰다”고 말했다.

다만 그린 수소 생산의 실용화를 위해서는 시스템의 반영구적 구동이 필수적이다. 광전극과 하이드로젤의 특성 최적화에 대한 추가 연구가 필요한 이유이다.

이번 연구 성과(논문명: Hydrogel protection strategy to stabilize water-splitting photoelectrodes)는 에너지 분야 국제학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 6월 10일(우리나라 시각) 온라인에 실렸다.