Home | Login | Join | Skip Navigation
아주대학교 광전자재료 연구실 로고
News
Q&A
Photo Album
Research Field HOME > Board > News
제목 서형탁 교수팀, 태양 빛 이용 수소 생산 효율 60→97% 끌어올려
첨부파일
조회수 809 등록일시 2019-04-09 12:54
서형탁 교수팀, 태양 빛 이용 수소 생산 효율 60→97% 끌어올려


아주대 유일한 박사과정생(왼쪽부터), 서형탁 교수, 샨카라 칼라누르 교수

 한국연구재단은 아주대 서형탁 교수 연구팀이 태양광·전류 전환 효율을 높인 수소 생산 광 전극을 개발했다고 9일 밝혔다.
 수소는 연료로 사용할 때 대기오염 없이 물만 배출하는 청정에너지 원이다. 문제는 수소를 만드는 과정에 있다. 화석연료를 활용하는 현재 기술로 수소를 생산하려면 온실가스인 이산화탄소를 대량 배출할 수밖에 없어서다.
 학계에서는 전기나 태양광을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 대안적 시도를 활발하게 진행 중이다.
 서 교수 연구팀은 광 전기화학적 물 분해 전극 제조법에서 수소 생산 효율을 높일 수 있는 기술을 고안했다.
 


광 전극의 수소 생산 효율과 태양광·전류 변환 효율 [한국연구재단 제공]



  전하를 양극과 음극으로 효율적으로 분리하기 위해 니켈산화물을 쌓아 올린 게 골자다.

  3가지 소재를 탠덤 구조로 구성했다. 탠덤은 서로 보완적인 두 개 이상의 광 흡수 반도체를 수직으로 겹겹이 얹은 형태(적층)다. 스카이다이빙 체험을 할 때 숙련된 다이버가 초보를 앞에 두고 날아오르는 걸 연상하면 된다.

  학술적으로 설명하면 빛을 흡수해 양전하와 음전하를 생성하는 이산화타이타늄 나노막대와 황화물 박막 위에 니켈산화물 박막을 증착했다. 이를 통해 전하 손실을 최소화했다. 광전류 전환 효율은 기존 60% 수준에서 97%까지 올렸다. 수소 생산 효율 역시 뛰어나 1㎠의 광 전극에 시간당 3㎎의 수소 기체가 발생했다고 연구팀은 설명했다. 

광 전극 제작 공정과 전자 밴드 구조 [한국연구재단 제공]

  서형탁 교수는 "저가의 니켈산화물을 전하 분리 보호막으로 적용해 최고 수준의 광 전환 효율을 달성했다"며 "실용화를 앞당길 수 있도록 장기 광화학반응 안정성 개선 연구를 이어갈 계획"이라고 말했다.

  연구는 교육부·과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행했다.

  아주대 유일한 박사과정생과 샨카라 칼라누르 교수가 함께 연구해 발표한 이번 논문은 지난달 16일 국제 학술지 어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈 (Applied CatalysisB: Environmental)에 실렸다.

< 뉴스 바로가기>
태양 빛 이용 수소 생산 효율 60→97% 끌어올려 (매일경제) | (연합뉴스)
햇빛으로 수소생산 효율 높이는 기술 개발 (서울신문) 
태양광 이용한 수소생산효율 1.5배 높이는 기술 개(마켓비즈)
‘수소 생산 광전극’ 개발…태양 빛 이용 수소생산 효율 60→97% (머니투데이)
태양광으로 무공해 수소 만드는 기술 효율 97%까지 높였다 (동아사이언스)
에너지 효율을 극대화한 수소 생산 광전극 개발 (파이낸셜 뉴스)

국내 연구진, 에너지 효율 극대화한 수소 생산 광전극 개발 (이데일리)
태양 빛 이용해 수소 생산…효율 97% (YTN 사이언스)

 < 논문 >
A nanoscale p-n junction photoelectrode consisting of an NiOx layer on a TiO2/CdS nanorod core-shell structure for highly efficient solar water splitting
Applied Catalysis B: Environmental, Volume 250, 5 August 2019, Pages 200-212
Il-han Yooa , Shankara S. Kalanur , Hyungtak Seo*
doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.02.063 (링크)


(English version

  Prof. Hyung-tak Seo (Ajou University) and his research team (1 author: Ilhan Yoo Ph.D., Collaborative Research: Prof. Shankara S. Kalanur) developed nanostructured solar water splitting hydrogen generation photoelectrode with up to 97% photo conversion efficiency. This research was published in Applied Catalysis B: Environmental on March 12th.

  (Photo)electrochemical water splitting technology using electricity or solar energy is recently actively proceeding for hydrogen evolution methode. The key to this technology is the use of charge generated when solar light is incident on the semiconductor photoelectrode to decompose water to produce clean hydrogen without carbon dioxide emissions. However, very low production efficiency compared to existing fossil fuel reforming methods has been recognized as a limit.

  Using a tandem structure with three different types of nanostructures and thin films, research team has developed an integrated photocatalytic electrode in which a single electrode reacts directly to light and achieved a photo conversion efficiency of 97% of incident solar light.

  In the previous research, there have been concentrated researches on materials that absorb sunlight to generate photo carrier better, but research team applied nickel oxide thin film with nanometer scale, which strongly promotes charge separation with transparent. It is confirmed that the photo conversion efficiency can be increased by 40% or more.

  The developed photoelectrodes have generated the highest efficiency of hydrogen evolution in water by separating the generated carriers by light into the cathode and anode electrodes without loss.

  “By applying a low-cost nickel oxide charge separation barrier to high efficiency nanostructured photoelectrodes, we achieved hydrogen production with the highest level of photo conversion efficiency, and we will further enhance long-term photochemical reaction stability for commericalize.” says Prof. Seo.

A nanoscale p-n junction photoelectrode consisting of an NiOx layer on a TiO2/CdS nanorod core-shell structure for highly efficient solar water splitting
Applied Catalysis B: Environmental, Volume 250, 5 August 2019, Pages 200-212
Il-han Yoo , Shankara S. Kalanur , Hyungtak Seo

목록

아주대학교 광전자재료 연구실 우443-749 경기도 수원시 영통구 원천동 산 5번지 아주대학교
Copyright(c) 2013 Advanced Electronic & Energy Materials Laboratory, All Rights Reserved.