경기도 산학협력 지원으로 고효율 수소 생산 시스템 개발 기반 마련

경기도 산학협력 지원으로 고효율 수소 생산 시스템 개발 기반 마련

○ 경기도지역협력연구센터(GRRC)에서 연구를 수행하고 있는 방진호 한양대ERICA 화학분자공학과 교수팀, 금속 나노클러스터 신소재를 이용한 ‘물 광전기분해 시스템’ 작동 원리 세계 최초로 규명

○ 태양광 전환 물 전기분해 시스템의 효율 증대를 위한 새로운 도약의 발판 마련

 

문의(담당부서) : 과학기술과 | 2020.12.03 05:40:00

경기도 산학협력 지원으로 고효율 수소 생산 시스템 개발 기반 마련

○ 경기도지역협력연구센터(GRRC)에서 연구를 수행하고 있는 방진호 한양대ERICA 화학분자공학과 교수팀, 금속 나노클러스터 신소재를 이용한 ‘물 광전기분해 시스템’ 작동 원리 세계 최초로 규명
○ 태양광 전환 물 전기분해 시스템의 효율 증대를 위한 새로운 도약의 발판 마련

경기도의 산학협력 지원사업인 경기도지역협력연구센터(GRRC)에서 연구를 수행하고 있는 방진호 한양대에리카 화학분자공학과 교수팀이 금속 나노클러스터 신소재를 이용한 ‘물 광전기분해 시스템’의 작동 메커니즘을 최초로 규명해 고효율 수소 생산 시스템 개발 도약의 기반을 마련했다.
이 연구는 광흡수 신소재로서 최근 많은 관심을 받고 있는 금속 나노클러스터 기반 광전극의 작동 원리를 규명한 것으로, 향후 태양광을 이용한 물 전기분해 시스템의 효율을 높이는 데 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
물 광전기분해 시스템은 태양광을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 에너지 변환장치로, 외부 에너지의 사용 없이 고(高)순도의 청정 수소를 생산할 수 있는 이상적인 수소 생산법 중 하나로 주목받고 있다.
하지만 광전극의 효율을 높이기 위해서는 광전극 디자인의 핵심인 각종 계면(기체-액체 등 성질이 다른 부분들 사이의 경계)에서 일어나는 물리적 현상에 대한 통합적 이해가 필요하다.
특히 금속 나노클러스터 신소재의 경우 기존 광흡수 소재와는 다른 독특한 물리적 성질로 인해 금속 나노클러스터의 물성이 광전환 효율에 미치는 영향에 대해서는 아직 많이 알려져 있지 않다.
방 교수는 “최근 나노 분야에서 많은 관심을 받고 있는 금속 나노클러스터의 새로운 광전기화학적 특성을 규명함으로써, 태양광 전환 물 전기분해 시스템의 효율 증대를 위한 새로운 도약의 발판을 마련했다”고 이번 연구의 의의를 설명했다.
이번 연구는 정부와 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 에너지 기술 분야 국제 저명 학술지인 ‘ACS Energy Letters’ 12월호에 출판됐다.
한편 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업은 연구개발 기반이 부족한 중소기업을 지원하기 위해 경기도가 도내 대학, 연구소와 중소기업을 연결, 기술개발 활동을 지원하는 산·학 협력모델로 관련 산업의 기술 경쟁력 향상을 통한 지역경제 활성화를 목표로 하고 있다. 2021년 지원되는 경기도비는 52억7천만 원으로 센터 당 5억1천만 원씩 지원하고 있으며, 한양대학교에리카를 비롯한 10개의 센터가 활발히 연구개발을 수행 중이다.

 

 

[그림 1] 금속 나노클러스터 기반 광전극의 광전환 효율 평가 결과 : (A) 다양한 크기의 금 나노클러스터 광전극 흡수 스펙트럼, (B) 광전극의 전압-전류 평가 곡선, (C) 광 스위칭 조건에서의 전압-전류 곡선, (D) 광전효율 비교 스펙트럼.

 

[그림 2] 수소 생산을 위한 금속 나노클러스터 기반 광전극 시스템 및 광전극에서의 정공 이동 메커니즘 모식도.