[이뉴스투데이 고선호 기자] 광주과학기술원(GIST)은 신소재공학부 이상한 교수와 환경·에너지공학부 주종훈 교수 공동연구팀이 유연하면서도 내구성이 강한 지르코니아 소재(3YSZ)를 활용해 반복 구부림에도 장시간 안정적으로 수소를 생산할 수 있는 광전극을 개발했다고 31일 밝혔다.
플렉서블 광전극은 비정형 구조물에 부착하거나 적용할 수 있어 딱딱한 기판에 비해 설치가 용이하다. 또한 태양광 수집 면적을 극대화하고, 다양한 응용 환경에 효과적으로 적용할 수 있는 장점이 있다.
연구팀은 이번에 개발된 3YSZ 기판이 현재까지 보고된 플렉서블 기판 중 가장 높은 탄성 계수와 항복 강도를 나타냈다고 설명했다. 이는 3YSZ가 우수한 기계적 물성을 유지하면서도 구부림과 같은 변형에 뛰어난 저항성을 가진다는 것을 의미한다.
또한 이렇게 제작된 3YSZ 기판 위에 펄스 레이저 증착법(PLD)을 활용, 고품질의 비스무스 바나데이트·텅스텐 산화물 이종접합 구조(BiVO4/WO3)의 제작에도 성공했다. 이종접합 구조 형성을 통해 광생성 전자의 재결합을 억제하고 전하 분리 및 이동성을 개선해 광전류 밀도가 기존 대비 약 2.3배 증가했다.
또 1만번의 구부림 테스트 후에도 초기 성능의 99.8%를 유지했으며, 구부린 상태에서 24시간 안정적으로 작동해 뛰어난 내구성과 장시간 안정성을 입증했다.
이 교수는 “이번 연구 성과는 기존 플렉서블 광전극의 구조적·성능적 한계를 극복하고, 태양에너지 기반 수소 생산의 실용화 가능성을 확인하였다”며 “주종훈 교수 연구팀에서 제공한 3YSZ 소재가 다양한 분야에 활용돼 차세대 에너지 시스템 개발을 위한 새로운 접근법이 될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
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