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제목 [한국연구재단] (연구성과) 그린 수소 생산용 광전극의 내구성 높일 생체모방형 하이드로젤 보호 기술 개발

그린 수소 생산용 광전극의 내구성 높일 생체모방형 하이드로젤 보호 기술 개발
하이드로젤 보호막 도입으로 광전극 구동시간 증가 확인

□ 온실가스 발생 없이 태양 빛으로 물에서 수소 생산이 가능한 광전극. 이러한 광전극의 내구성을 높일 수 있는 생체모방형 하이드로젤* 보호 기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.
* 하이드로젤(Hydrogel): 상처드레싱/소프트렌즈/기저귀 등에 사용되는 재료이며, 물을 많이 머금을 수 있는 3차원 다량체(폴리머;polymer) 구조물 

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

□ 광전극을 활용한 물 분해 기술은 그린 수소를 생산할 수 있는 친환경 미래 기술로,
○ 광전극의 효율을 높이려는 많은 시도가 이루어져왔으나 광전극의 부식, 표면 촉매의 탈착 등으로 인한 내구성 저하 문제는 여전히 실용화에 가장 큰 걸림돌이 되고 있다. 

□ 이에 연구팀은 해양 식물 표피층의‘하이드로젤’ 보호막이 내부 세포 손상을 억제한다는 것에 주목, 물 속에서 작동하는 광전극의 표면을 이와 유사하게 설계하여 하이드로젤 보호막을 사용하면 광전극의 구동 시간이 획기적으로 증가함을 입증하였다.
○ 즉, 하이드로젤의 기계적/구조적 특성 최적화를 통해 장시간 구동이 가능한 보호막 조건을 도출하여 광전극 구동시간을 향상시키는데 기여했다.
○ 또한, 하이드로젤의 나노그물망이 광전극의 부식과 표면 촉매의 탈착을 동시에 억제함으로써 내구성을 높일 수 있음을 밝혔다. 

□ 문주호 교수는 “광전극의 부식과 표면 촉매 탈착을 동시에 억제하며 다양한 광전극에 적용 가능한 저가 하이드로젤 보호 기술을 최초로 제시했다는 데에 의의”가 있다고 전했다.
○ 또한, 이형석 교수는 “나노그물망 형태의 하이드로젤 보호막이 광전극의 수소 생산에 미치는 영향을 규명하고, 보호막의 최적화를 통해 전극 수명을 연장시켰다는 것에 의의가 있다”고 덧붙였다.
○ 다만, 그린 수소 생산의 실용화를 위해서는 시스템의 반영구적 구동이 필수적이므로 광전극 및 하이드로젤의 특성 최적화에 대한 추가 연구가 필요하다는 설명이다. 

□ 이번 성과는 광전극의 효율을 유지하면서 내구성을 크게 증가시킬 수 있는 원천 기술을 개발한 것으로, 광전극 종류와 무관하게 적용 가능하며
○ 또한, 광전극의 내구성 저하 메커니즘 규명과 구동시간 향상 방법을 원리적으로 제시하고 있어, 향후 반영구적 그린수소 생산 시스템 개발에 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구, 나노소재기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 6월 10일(한국시간) 온라인 게재되었다.
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분류 국내 기술동향
Category Tech trends(Korea)
출처 한국연구재단
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