- 차세대 이차전지 기대주‘아연공기전지’한계 극복의 지렛대 역할 전망 - 태양전지·반도체 계면특성 응용한 p-n 접합구조 광활성 복합촉매 개발 대기 중 산소와 아연의 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 아연공기전지는 향후 리튬이온배터리를 대신해 폭발적인 전기차 수요를 감당할 차세대 후보군으로 평가받고 있다. 이론상 높은 에너지 밀도, 낮은 폭발 위험성, 오염물질을 배출하지 않는 친환경성, 자연에서 쉽게 얻을 수 있는 아연과 공기를 사용하는 저렴한 소재 비용 등 차세대 이차전지에 요구되는 특성들을 두루 갖추고 있기 때문이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 이중기 박사 연구팀이 이차전지 분야의 새로운 연구개발 영역으로 부상 중인 태양에너지를 활용해 아연공기전지의 전기화학적 성능을 향상시키는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진이 개발한 전지는 에너지준위가 서로 엇갈리는 반도체 구조의 광활성 복합촉매를 활용하여 전력이 발생하는 산소 환원과 생성 반응의 속도를 크게 향상시킨 것이다. 광활성 복합촉매는 빛에너지를 흡수해 화학반응을 촉진시키는 화합물로 기존 아연공기전지 촉매보다 빛 흡수율을 높인 것이다. 금속과 공기를 전지의 음극과 양극으로 사용하는 아연공기전지에서 양극 활물질인 산소의 전기 에너지 변환을 위해서는 촉매반응의 일종인 산소 생성반응과 산소 환원반응이 교대로 이뤄져야 한다. 따라서 탄소물질로 구성된 양극 집전체의 촉매 활성도가 아연공기전지의 에너지밀도와 전체 전지 효율을 결정 짓는 중요한 요소가 된다. 이에 따라 KIST 연구진은 아연공기전지의 느린 촉매반응 개선책으로 태양전지와 반도체의 기본 구성단위인 p-n 접합에 주목했다. 전자의 이동이 발생하는 반도체 계면특성을 이용해 산소 생성-환원 과정을 가속화시키고자 한 것이다. 이를 위해 n형 반도체(흑연질의 질화탄소, g-C3N4)와 p형 반도체(구리가 도핑된 ZIF-67(Zeolitic Imidazolate Framework-67), CuZIF-67)의 이종접합 밴드갭 구조를 가진 양극소재를 합성했다. 또한 에너지 준위가 엇갈리는 p-n 반도체 접합구조 광활성 복합촉매의 상용화 가능성을 확인하기 위해 빛이 없는 실제 환경과 같은 조건에서 진행한 프로토타입 배터리 실험에서 기존 아연공기전지의 최고성능과 유사한 731.9mAhgZn-1의 에너지 밀도를 보였다. 태양광이 있을 때는 약 7%가량 증가된 781.7mAhgZn-1의 에너지 밀도와 우수한 사이클 성능(334시간, 1,000사이클)으로 기존에 알려진 촉매들 가운데 가장 우수한 성능을 보였다. KIST 이중기 박사는 “태양에너지의 활용은 이차전지의 전기화학적 성능향상은 물론 지속가능한 사회 실현에서도 중요한 부분”이라며 “이번 광활성 복합촉매 제조기술이 리튬이온배터리의 대안으로 부상하고 있는 금속공기전지의 난제 해결뿐만 아니라 반도체 물리와 전기화학의 새로운 융합 기술 발전을 자극하는 촉매가 되기를 바란다”고 밝혔다. 본 연구는 KIST 주요사업과 한국연구재단 브레인풀(Bain pool)사업 등을 통해 수행되었으며, 연구결과는 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF : 19.503, JCR 분야 0.926%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Photoactive g-C3N4/CuZIF-67 bifunctional electrocatalyst with staggered p-n heterojunction for rechargeable Zn-air batteries - (제 1저자) 한국과학기술연구원 렌렌 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이중기 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 광활성 양극활물질 CZ (g-C3N4/CuZIF-67 복합촉매)의 수열합성 과정 및 투과전자현미경을 통한 형상과 원소분포 이미지. [그림 2] 광활성 복합촉매 (CZ)기반의 아연공기전지의 2mAcm-2 전류밀도 조건에서의 1000 싸이클 장시간 충·방전 전압곡선. (삽화: 2개의 CZ 기반의 아연공기전지가 직렬 연결된 LED 스크린)

태양전지 상대전극용 탄소나노튜브/금속나노입자 하이브리드소재 합성 기술이 충남대와 한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 연구진에 의해 개발되었다. 충남대 공과대학 화학공학과 최호석 교수 연구진(다오 반 드엉 박사과정생 외 3인)과 KIST 이중기 에너지융합연구단장은 플라즈마 환원방식을 적용하여 상온 이온성 액체 내에서 다중벽 탄소나노튜브의 표면에 3~4 nm의 백금 나노입자들이 균일하게 안정적으로 부착된 탄소나노튜브/백금나노입자 하이브리드 소재를 성공적으로 합성하고, 이를 기반으로 전도성 나노도료를 제조하여, 염료감응형 태양전지 상대전극을 개발, 영국왕립화학회(RSC, Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 재료화학분야의 세계적인 학술지인 ‘Journal of Materials Chemistry’지 28호의 표지 논문으로 선정되었다. 현재까지 염료감응형 태양전지 상대전극은 불필요하게 고가의 백금을 많이 사용하는 문제, 낮은 전기전도도와 전하전달저항의 문제, 장기간 반복사용에 따른 불안정성의 문제 등이 있었으나, 최호석 교수팀은 기존 스퍼터링공정에서의 백금사용량의 5%만을 사용하여 더 높은 전기전도도와 전하전달저항을 달성하였고, 아울러 1000회의 반복시험에서도 전기화학반응의 안정성을 확보할 수 있었다. 개발된 기술은 향후 저가의 염료감응형 태양전지 개발 등에 적용될 수 있을 것으로 기대되며, 특히, 전도성 도료형태로 개발되어 신축성 전극소재 개발 분야에 있어 중요한 기반기술로 활용될 것으로 예상된다. 최호석 교수는 지난 2008년 미국 약학 과학자회의에서 수여하는 ‘최고 인용 논문상’을 수상했으며, 2010년에도 제 11 회 중소기업기술혁신대전에서 ‘교과부 장관상’을 수상하는 등 연구력을 인정받고 있다. 또한, KIST-방문연구지원 사업으로 2011.1-8월까지 방문연구원, 2011. 10월부터 현재까지 KIST 겸직연구원으로 활동하고 있다. KIST 방문연구지원사업은 국내외 관련분야 전문가가 일정기간 KIST 연구과제에 참여하는 사업으로 국내외 개방형 연구개발 추진의 일환으로 지난 2010년부터 진행중인 사업이다.

- 귀금속 촉매 없이 고효율의 광전극 제조기술, 대면적·대량생산 가능 - 저비용의 태양광-수소 생산기술, 친환경 수소 생산 시스템 구현에 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 이동기 박사, 김병우 박사 연구팀은 기존 공정보다 값싼 제조법과 소재를 활용하여 비싼 귀금속 촉매 없이도 고효율의 태양광-수소 생산 성능을 보이는 광전극을 개발했다고 밝혔다. 수소는 에너지 사용 과정에서 온실가스와 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적인 청정 연료이며, 수소차의 보급 등을 통해 그 쓰임이 크게 증가할 전망이다. 하지만 기존의 화석연료를 이용하는 공정을 통해 수소를 생산하면 수소 생산량의 10배에 달하는 이산화탄소가 발생 되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 ‘태양광 물 분해’를 통한 수소 발생 기술은 햇빛과 물을 원료로 하여 이산화탄소 등의 부산물 없이 청정한 수소를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 다양한 광전극과 수소 발생 촉매들이 태양광-수소 발생 소재로 연구되어 오고 있으나, 고비용의 제조법 및 값비싼 귀금속 소재를 필요로 하는 문제로 실용화에 어려움을 겪고 있다. KIST 연구진은 저렴한 제조 공정을 개발하기 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨(CIGS) 소재를 활용했다. 대량생산과 대면적화가 쉬운 저가의 용액 프린팅 공정 기반 합성법을 개발하여 고효율의 CIGS 광전극을 제조하는 데 성공하였다. 또한, 고비용을 발생시키는 주된 요소인 귀금속 촉매 대신에 CIGS 광전극의 합성 과정에서 자연스럽게 형성되는 황화구리를 수소 발생 촉매로 활용하여 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방법을 제시하였다. 본래 황화구리는 CIGS 제조 중 생성되는 부산물로 취급되어 제거하는 것이 일반적이었다. 하지만 KIST 연구진은 해당 물질이 부산물이 아니라 유용한 수소 발생용 촉매로도 활용될 수 있다는 것을 밝혀내고 이를 백금 대체 소재로 활용하였다. KIST 연구진이 개발한 CIGS 광전극은 기존까지 보고된 용액공정 CIGS 광전극 중에서 가장 높은 태양광-수소 발생 전류량(-26mA/cm2)을 기록하였다. 별도의 후공정이나 백금 촉매 없이도 기존의 백금 촉매를 사용한 CIGS 광전극들 보다 더욱 높은 효율을 기록했다는 점에서 혁신적인 연구결과이며, 산업적 활용 가능성도 크다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 태양광-수소 전환기술의 핵심 기술인 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.”라고 말하며, “본 연구를 통해 개발된 저가의 고성능 광전극은 다가올 수소경제 시대에서 수소의 생산 및 사용 전체에 걸쳐 탄소발자국을 남기지 않는 친환경 시스템 구현에 이바지할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「ACS Energy Letters」(IF : 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 최신호에 출판되었다. * (논문명) Cu(In,Ga)(S,Se)2 photocathodes with grown-in CuxS catalyst for solar water splitting - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병우 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원(본부장) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이동기 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 황화구리가 자연 증착된 용액공정 CIGS 광전극(CIGS/CuxS)의 태양광 물분해 수소 발생 성능

- 귀금속 촉매 없이 고효율의 광전극 제조기술, 대면적·대량생산 가능 - 저비용의 태양광-수소 생산기술, 친환경 수소 생산 시스템 구현에 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 이동기 박사, 김병우 박사 연구팀은 기존 공정보다 값싼 제조법과 소재를 활용하여 비싼 귀금속 촉매 없이도 고효율의 태양광-수소 생산 성능을 보이는 광전극을 개발했다고 밝혔다. 수소는 에너지 사용 과정에서 온실가스와 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적인 청정 연료이며, 수소차의 보급 등을 통해 그 쓰임이 크게 증가할 전망이다. 하지만 기존의 화석연료를 이용하는 공정을 통해 수소를 생산하면 수소 생산량의 10배에 달하는 이산화탄소가 발생 되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 ‘태양광 물 분해’를 통한 수소 발생 기술은 햇빛과 물을 원료로 하여 이산화탄소 등의 부산물 없이 청정한 수소를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 다양한 광전극과 수소 발생 촉매들이 태양광-수소 발생 소재로 연구되어 오고 있으나, 고비용의 제조법 및 값비싼 귀금속 소재를 필요로 하는 문제로 실용화에 어려움을 겪고 있다. KIST 연구진은 저렴한 제조 공정을 개발하기 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨(CIGS) 소재를 활용했다. 대량생산과 대면적화가 쉬운 저가의 용액 프린팅 공정 기반 합성법을 개발하여 고효율의 CIGS 광전극을 제조하는 데 성공하였다. 또한, 고비용을 발생시키는 주된 요소인 귀금속 촉매 대신에 CIGS 광전극의 합성 과정에서 자연스럽게 형성되는 황화구리를 수소 발생 촉매로 활용하여 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방법을 제시하였다. 본래 황화구리는 CIGS 제조 중 생성되는 부산물로 취급되어 제거하는 것이 일반적이었다. 하지만 KIST 연구진은 해당 물질이 부산물이 아니라 유용한 수소 발생용 촉매로도 활용될 수 있다는 것을 밝혀내고 이를 백금 대체 소재로 활용하였다. KIST 연구진이 개발한 CIGS 광전극은 기존까지 보고된 용액공정 CIGS 광전극 중에서 가장 높은 태양광-수소 발생 전류량(-26mA/cm2)을 기록하였다. 별도의 후공정이나 백금 촉매 없이도 기존의 백금 촉매를 사용한 CIGS 광전극들 보다 더욱 높은 효율을 기록했다는 점에서 혁신적인 연구결과이며, 산업적 활용 가능성도 크다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 태양광-수소 전환기술의 핵심 기술인 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.”라고 말하며, “본 연구를 통해 개발된 저가의 고성능 광전극은 다가올 수소경제 시대에서 수소의 생산 및 사용 전체에 걸쳐 탄소발자국을 남기지 않는 친환경 시스템 구현에 이바지할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「ACS Energy Letters」(IF : 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 최신호에 출판되었다. * (논문명) Cu(In,Ga)(S,Se)2 photocathodes with grown-in CuxS catalyst for solar water splitting - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병우 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원(본부장) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이동기 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 황화구리가 자연 증착된 용액공정 CIGS 광전극(CIGS/CuxS)의 태양광 물분해 수소 발생 성능

- 귀금속 촉매 없이 고효율의 광전극 제조기술, 대면적·대량생산 가능 - 저비용의 태양광-수소 생산기술, 친환경 수소 생산 시스템 구현에 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 이동기 박사, 김병우 박사 연구팀은 기존 공정보다 값싼 제조법과 소재를 활용하여 비싼 귀금속 촉매 없이도 고효율의 태양광-수소 생산 성능을 보이는 광전극을 개발했다고 밝혔다. 수소는 에너지 사용 과정에서 온실가스와 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적인 청정 연료이며, 수소차의 보급 등을 통해 그 쓰임이 크게 증가할 전망이다. 하지만 기존의 화석연료를 이용하는 공정을 통해 수소를 생산하면 수소 생산량의 10배에 달하는 이산화탄소가 발생 되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 ‘태양광 물 분해’를 통한 수소 발생 기술은 햇빛과 물을 원료로 하여 이산화탄소 등의 부산물 없이 청정한 수소를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 다양한 광전극과 수소 발생 촉매들이 태양광-수소 발생 소재로 연구되어 오고 있으나, 고비용의 제조법 및 값비싼 귀금속 소재를 필요로 하는 문제로 실용화에 어려움을 겪고 있다. KIST 연구진은 저렴한 제조 공정을 개발하기 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨(CIGS) 소재를 활용했다. 대량생산과 대면적화가 쉬운 저가의 용액 프린팅 공정 기반 합성법을 개발하여 고효율의 CIGS 광전극을 제조하는 데 성공하였다. 또한, 고비용을 발생시키는 주된 요소인 귀금속 촉매 대신에 CIGS 광전극의 합성 과정에서 자연스럽게 형성되는 황화구리를 수소 발생 촉매로 활용하여 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방법을 제시하였다. 본래 황화구리는 CIGS 제조 중 생성되는 부산물로 취급되어 제거하는 것이 일반적이었다. 하지만 KIST 연구진은 해당 물질이 부산물이 아니라 유용한 수소 발생용 촉매로도 활용될 수 있다는 것을 밝혀내고 이를 백금 대체 소재로 활용하였다. KIST 연구진이 개발한 CIGS 광전극은 기존까지 보고된 용액공정 CIGS 광전극 중에서 가장 높은 태양광-수소 발생 전류량(-26mA/cm2)을 기록하였다. 별도의 후공정이나 백금 촉매 없이도 기존의 백금 촉매를 사용한 CIGS 광전극들 보다 더욱 높은 효율을 기록했다는 점에서 혁신적인 연구결과이며, 산업적 활용 가능성도 크다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 태양광-수소 전환기술의 핵심 기술인 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.”라고 말하며, “본 연구를 통해 개발된 저가의 고성능 광전극은 다가올 수소경제 시대에서 수소의 생산 및 사용 전체에 걸쳐 탄소발자국을 남기지 않는 친환경 시스템 구현에 이바지할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「ACS Energy Letters」(IF : 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 최신호에 출판되었다. * (논문명) Cu(In,Ga)(S,Se)2 photocathodes with grown-in CuxS catalyst for solar water splitting - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병우 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원(본부장) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이동기 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 황화구리가 자연 증착된 용액공정 CIGS 광전극(CIGS/CuxS)의 태양광 물분해 수소 발생 성능

- 귀금속 촉매 없이 고효율의 광전극 제조기술, 대면적·대량생산 가능 - 저비용의 태양광-수소 생산기술, 친환경 수소 생산 시스템 구현에 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 이동기 박사, 김병우 박사 연구팀은 기존 공정보다 값싼 제조법과 소재를 활용하여 비싼 귀금속 촉매 없이도 고효율의 태양광-수소 생산 성능을 보이는 광전극을 개발했다고 밝혔다. 수소는 에너지 사용 과정에서 온실가스와 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적인 청정 연료이며, 수소차의 보급 등을 통해 그 쓰임이 크게 증가할 전망이다. 하지만 기존의 화석연료를 이용하는 공정을 통해 수소를 생산하면 수소 생산량의 10배에 달하는 이산화탄소가 발생 되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 ‘태양광 물 분해’를 통한 수소 발생 기술은 햇빛과 물을 원료로 하여 이산화탄소 등의 부산물 없이 청정한 수소를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 다양한 광전극과 수소 발생 촉매들이 태양광-수소 발생 소재로 연구되어 오고 있으나, 고비용의 제조법 및 값비싼 귀금속 소재를 필요로 하는 문제로 실용화에 어려움을 겪고 있다. KIST 연구진은 저렴한 제조 공정을 개발하기 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨(CIGS) 소재를 활용했다. 대량생산과 대면적화가 쉬운 저가의 용액 프린팅 공정 기반 합성법을 개발하여 고효율의 CIGS 광전극을 제조하는 데 성공하였다. 또한, 고비용을 발생시키는 주된 요소인 귀금속 촉매 대신에 CIGS 광전극의 합성 과정에서 자연스럽게 형성되는 황화구리를 수소 발생 촉매로 활용하여 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방법을 제시하였다. 본래 황화구리는 CIGS 제조 중 생성되는 부산물로 취급되어 제거하는 것이 일반적이었다. 하지만 KIST 연구진은 해당 물질이 부산물이 아니라 유용한 수소 발생용 촉매로도 활용될 수 있다는 것을 밝혀내고 이를 백금 대체 소재로 활용하였다. KIST 연구진이 개발한 CIGS 광전극은 기존까지 보고된 용액공정 CIGS 광전극 중에서 가장 높은 태양광-수소 발생 전류량(-26mA/cm2)을 기록하였다. 별도의 후공정이나 백금 촉매 없이도 기존의 백금 촉매를 사용한 CIGS 광전극들 보다 더욱 높은 효율을 기록했다는 점에서 혁신적인 연구결과이며, 산업적 활용 가능성도 크다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 태양광-수소 전환기술의 핵심 기술인 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.”라고 말하며, “본 연구를 통해 개발된 저가의 고성능 광전극은 다가올 수소경제 시대에서 수소의 생산 및 사용 전체에 걸쳐 탄소발자국을 남기지 않는 친환경 시스템 구현에 이바지할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「ACS Energy Letters」(IF : 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 최신호에 출판되었다. * (논문명) Cu(In,Ga)(S,Se)2 photocathodes with grown-in CuxS catalyst for solar water splitting - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병우 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원(본부장) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이동기 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 황화구리가 자연 증착된 용액공정 CIGS 광전극(CIGS/CuxS)의 태양광 물분해 수소 발생 성능

- 귀금속 촉매 없이 고효율의 광전극 제조기술, 대면적·대량생산 가능 - 저비용의 태양광-수소 생산기술, 친환경 수소 생산 시스템 구현에 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 이동기 박사, 김병우 박사 연구팀은 기존 공정보다 값싼 제조법과 소재를 활용하여 비싼 귀금속 촉매 없이도 고효율의 태양광-수소 생산 성능을 보이는 광전극을 개발했다고 밝혔다. 수소는 에너지 사용 과정에서 온실가스와 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적인 청정 연료이며, 수소차의 보급 등을 통해 그 쓰임이 크게 증가할 전망이다. 하지만 기존의 화석연료를 이용하는 공정을 통해 수소를 생산하면 수소 생산량의 10배에 달하는 이산화탄소가 발생 되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 ‘태양광 물 분해’를 통한 수소 발생 기술은 햇빛과 물을 원료로 하여 이산화탄소 등의 부산물 없이 청정한 수소를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 다양한 광전극과 수소 발생 촉매들이 태양광-수소 발생 소재로 연구되어 오고 있으나, 고비용의 제조법 및 값비싼 귀금속 소재를 필요로 하는 문제로 실용화에 어려움을 겪고 있다. KIST 연구진은 저렴한 제조 공정을 개발하기 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨(CIGS) 소재를 활용했다. 대량생산과 대면적화가 쉬운 저가의 용액 프린팅 공정 기반 합성법을 개발하여 고효율의 CIGS 광전극을 제조하는 데 성공하였다. 또한, 고비용을 발생시키는 주된 요소인 귀금속 촉매 대신에 CIGS 광전극의 합성 과정에서 자연스럽게 형성되는 황화구리를 수소 발생 촉매로 활용하여 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방법을 제시하였다. 본래 황화구리는 CIGS 제조 중 생성되는 부산물로 취급되어 제거하는 것이 일반적이었다. 하지만 KIST 연구진은 해당 물질이 부산물이 아니라 유용한 수소 발생용 촉매로도 활용될 수 있다는 것을 밝혀내고 이를 백금 대체 소재로 활용하였다. KIST 연구진이 개발한 CIGS 광전극은 기존까지 보고된 용액공정 CIGS 광전극 중에서 가장 높은 태양광-수소 발생 전류량(-26mA/cm2)을 기록하였다. 별도의 후공정이나 백금 촉매 없이도 기존의 백금 촉매를 사용한 CIGS 광전극들 보다 더욱 높은 효율을 기록했다는 점에서 혁신적인 연구결과이며, 산업적 활용 가능성도 크다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 태양광-수소 전환기술의 핵심 기술인 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.”라고 말하며, “본 연구를 통해 개발된 저가의 고성능 광전극은 다가올 수소경제 시대에서 수소의 생산 및 사용 전체에 걸쳐 탄소발자국을 남기지 않는 친환경 시스템 구현에 이바지할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「ACS Energy Letters」(IF : 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 최신호에 출판되었다. * (논문명) Cu(In,Ga)(S,Se)2 photocathodes with grown-in CuxS catalyst for solar water splitting - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병우 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원(본부장) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이동기 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 황화구리가 자연 증착된 용액공정 CIGS 광전극(CIGS/CuxS)의 태양광 물분해 수소 발생 성능

- 귀금속 촉매 없이 고효율의 광전극 제조기술, 대면적·대량생산 가능 - 저비용의 태양광-수소 생산기술, 친환경 수소 생산 시스템 구현에 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 이동기 박사, 김병우 박사 연구팀은 기존 공정보다 값싼 제조법과 소재를 활용하여 비싼 귀금속 촉매 없이도 고효율의 태양광-수소 생산 성능을 보이는 광전극을 개발했다고 밝혔다. 수소는 에너지 사용 과정에서 온실가스와 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적인 청정 연료이며, 수소차의 보급 등을 통해 그 쓰임이 크게 증가할 전망이다. 하지만 기존의 화석연료를 이용하는 공정을 통해 수소를 생산하면 수소 생산량의 10배에 달하는 이산화탄소가 발생 되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 ‘태양광 물 분해’를 통한 수소 발생 기술은 햇빛과 물을 원료로 하여 이산화탄소 등의 부산물 없이 청정한 수소를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 다양한 광전극과 수소 발생 촉매들이 태양광-수소 발생 소재로 연구되어 오고 있으나, 고비용의 제조법 및 값비싼 귀금속 소재를 필요로 하는 문제로 실용화에 어려움을 겪고 있다. KIST 연구진은 저렴한 제조 공정을 개발하기 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨(CIGS) 소재를 활용했다. 대량생산과 대면적화가 쉬운 저가의 용액 프린팅 공정 기반 합성법을 개발하여 고효율의 CIGS 광전극을 제조하는 데 성공하였다. 또한, 고비용을 발생시키는 주된 요소인 귀금속 촉매 대신에 CIGS 광전극의 합성 과정에서 자연스럽게 형성되는 황화구리를 수소 발생 촉매로 활용하여 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방법을 제시하였다. 본래 황화구리는 CIGS 제조 중 생성되는 부산물로 취급되어 제거하는 것이 일반적이었다. 하지만 KIST 연구진은 해당 물질이 부산물이 아니라 유용한 수소 발생용 촉매로도 활용될 수 있다는 것을 밝혀내고 이를 백금 대체 소재로 활용하였다. KIST 연구진이 개발한 CIGS 광전극은 기존까지 보고된 용액공정 CIGS 광전극 중에서 가장 높은 태양광-수소 발생 전류량(-26mA/cm2)을 기록하였다. 별도의 후공정이나 백금 촉매 없이도 기존의 백금 촉매를 사용한 CIGS 광전극들 보다 더욱 높은 효율을 기록했다는 점에서 혁신적인 연구결과이며, 산업적 활용 가능성도 크다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 태양광-수소 전환기술의 핵심 기술인 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.”라고 말하며, “본 연구를 통해 개발된 저가의 고성능 광전극은 다가올 수소경제 시대에서 수소의 생산 및 사용 전체에 걸쳐 탄소발자국을 남기지 않는 친환경 시스템 구현에 이바지할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「ACS Energy Letters」(IF : 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 최신호에 출판되었다. * (논문명) Cu(In,Ga)(S,Se)2 photocathodes with grown-in CuxS catalyst for solar water splitting - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병우 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원(본부장) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이동기 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 황화구리가 자연 증착된 용액공정 CIGS 광전극(CIGS/CuxS)의 태양광 물분해 수소 발생 성능

- 귀금속 촉매 없이 고효율의 광전극 제조기술, 대면적·대량생산 가능 - 저비용의 태양광-수소 생산기술, 친환경 수소 생산 시스템 구현에 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 이동기 박사, 김병우 박사 연구팀은 기존 공정보다 값싼 제조법과 소재를 활용하여 비싼 귀금속 촉매 없이도 고효율의 태양광-수소 생산 성능을 보이는 광전극을 개발했다고 밝혔다. 수소는 에너지 사용 과정에서 온실가스와 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적인 청정 연료이며, 수소차의 보급 등을 통해 그 쓰임이 크게 증가할 전망이다. 하지만 기존의 화석연료를 이용하는 공정을 통해 수소를 생산하면 수소 생산량의 10배에 달하는 이산화탄소가 발생 되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 ‘태양광 물 분해’를 통한 수소 발생 기술은 햇빛과 물을 원료로 하여 이산화탄소 등의 부산물 없이 청정한 수소를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 다양한 광전극과 수소 발생 촉매들이 태양광-수소 발생 소재로 연구되어 오고 있으나, 고비용의 제조법 및 값비싼 귀금속 소재를 필요로 하는 문제로 실용화에 어려움을 겪고 있다. KIST 연구진은 저렴한 제조 공정을 개발하기 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨(CIGS) 소재를 활용했다. 대량생산과 대면적화가 쉬운 저가의 용액 프린팅 공정 기반 합성법을 개발하여 고효율의 CIGS 광전극을 제조하는 데 성공하였다. 또한, 고비용을 발생시키는 주된 요소인 귀금속 촉매 대신에 CIGS 광전극의 합성 과정에서 자연스럽게 형성되는 황화구리를 수소 발생 촉매로 활용하여 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방법을 제시하였다. 본래 황화구리는 CIGS 제조 중 생성되는 부산물로 취급되어 제거하는 것이 일반적이었다. 하지만 KIST 연구진은 해당 물질이 부산물이 아니라 유용한 수소 발생용 촉매로도 활용될 수 있다는 것을 밝혀내고 이를 백금 대체 소재로 활용하였다. KIST 연구진이 개발한 CIGS 광전극은 기존까지 보고된 용액공정 CIGS 광전극 중에서 가장 높은 태양광-수소 발생 전류량(-26mA/cm2)을 기록하였다. 별도의 후공정이나 백금 촉매 없이도 기존의 백금 촉매를 사용한 CIGS 광전극들 보다 더욱 높은 효율을 기록했다는 점에서 혁신적인 연구결과이며, 산업적 활용 가능성도 크다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 태양광-수소 전환기술의 핵심 기술인 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.”라고 말하며, “본 연구를 통해 개발된 저가의 고성능 광전극은 다가올 수소경제 시대에서 수소의 생산 및 사용 전체에 걸쳐 탄소발자국을 남기지 않는 친환경 시스템 구현에 이바지할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「ACS Energy Letters」(IF : 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 최신호에 출판되었다. * (논문명) Cu(In,Ga)(S,Se)2 photocathodes with grown-in CuxS catalyst for solar water splitting - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병우 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원(본부장) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이동기 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 황화구리가 자연 증착된 용액공정 CIGS 광전극(CIGS/CuxS)의 태양광 물분해 수소 발생 성능

- 귀금속 촉매 없이 고효율의 광전극 제조기술, 대면적·대량생산 가능 - 저비용의 태양광-수소 생산기술, 친환경 수소 생산 시스템 구현에 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 이동기 박사, 김병우 박사 연구팀은 기존 공정보다 값싼 제조법과 소재를 활용하여 비싼 귀금속 촉매 없이도 고효율의 태양광-수소 생산 성능을 보이는 광전극을 개발했다고 밝혔다. 수소는 에너지 사용 과정에서 온실가스와 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적인 청정 연료이며, 수소차의 보급 등을 통해 그 쓰임이 크게 증가할 전망이다. 하지만 기존의 화석연료를 이용하는 공정을 통해 수소를 생산하면 수소 생산량의 10배에 달하는 이산화탄소가 발생 되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 ‘태양광 물 분해’를 통한 수소 발생 기술은 햇빛과 물을 원료로 하여 이산화탄소 등의 부산물 없이 청정한 수소를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 다양한 광전극과 수소 발생 촉매들이 태양광-수소 발생 소재로 연구되어 오고 있으나, 고비용의 제조법 및 값비싼 귀금속 소재를 필요로 하는 문제로 실용화에 어려움을 겪고 있다. KIST 연구진은 저렴한 제조 공정을 개발하기 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨(CIGS) 소재를 활용했다. 대량생산과 대면적화가 쉬운 저가의 용액 프린팅 공정 기반 합성법을 개발하여 고효율의 CIGS 광전극을 제조하는 데 성공하였다. 또한, 고비용을 발생시키는 주된 요소인 귀금속 촉매 대신에 CIGS 광전극의 합성 과정에서 자연스럽게 형성되는 황화구리를 수소 발생 촉매로 활용하여 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방법을 제시하였다. 본래 황화구리는 CIGS 제조 중 생성되는 부산물로 취급되어 제거하는 것이 일반적이었다. 하지만 KIST 연구진은 해당 물질이 부산물이 아니라 유용한 수소 발생용 촉매로도 활용될 수 있다는 것을 밝혀내고 이를 백금 대체 소재로 활용하였다. KIST 연구진이 개발한 CIGS 광전극은 기존까지 보고된 용액공정 CIGS 광전극 중에서 가장 높은 태양광-수소 발생 전류량(-26mA/cm2)을 기록하였다. 별도의 후공정이나 백금 촉매 없이도 기존의 백금 촉매를 사용한 CIGS 광전극들 보다 더욱 높은 효율을 기록했다는 점에서 혁신적인 연구결과이며, 산업적 활용 가능성도 크다. KIST 민병권 본부장은 “본 연구는 태양광-수소 전환기술의 핵심 기술인 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.”라고 말하며, “본 연구를 통해 개발된 저가의 고성능 광전극은 다가올 수소경제 시대에서 수소의 생산 및 사용 전체에 걸쳐 탄소발자국을 남기지 않는 친환경 시스템 구현에 이바지할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「ACS Energy Letters」(IF : 16.331, JCR 분야 상위 1.923%) 최신호에 출판되었다. * (논문명) Cu(In,Ga)(S,Se)2 photocathodes with grown-in CuxS catalyst for solar water splitting - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김병우 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 민병권 책임연구원(본부장) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이동기 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 황화구리가 자연 증착된 용액공정 CIGS 광전극(CIGS/CuxS)의 태양광 물분해 수소 발생 성능