기본 콘텐츠로 건너뛰기

수소와 전기를 한 번에 생산하는 태양 화학 전지



(The HPEV cell's extra back outlet allows the current to be split into two, so that one part of the current contributes to solar fuels generation, and the rest can be extracted as electrical power. Credit: Berkeley Lab, JCAP)


 미국 에너지부 산하의 버클리 국립 연구소의 과학자들이 전기와 수소를 동시에 생산할 수 있는 태양 전지를 개발했습니다. 사실 하이브리드 태양 전기 화학 전지 hybrid photoelectrochemical and voltaic (HPEV) cell 자체는 완전히 새로운 발상은 아닙니다. 앞서 소개한 것처럼 이미 관련 연구가 어느 정도 진행되어 있습니다. 


 태양전지는 고갈될 우려가 없고 온실가스 문제도 없는 차세대 신재생에너지의 대표 주자이지만, 밤에는 발전이 불가능하고 날씨에 영향을 많이 받는다는 문제가 있습니다. 만약 전기 대신 수소를 생산할 수 있다면 이와 같은 제약을 극복하고 더 폭넓은 에너지원으로 활용될 수 있습니다. 문제는 현재 개발된 태양 수소 전지의 효율이 낮고 내구성이 부족해 지금 상태로는 사용화가 어렵다는 것입니다. 


 버클리 연구팀은 독특한 구성의 태양전지를 통해 이 문제를 극복했습니다. 현재 사용되는 탠덤 방식의 태양전지는 여러 파장의 에너지를 흡수해 전자를 방출합니다. 그런데 수소를 생산하기 위한 에너지는 상당히 높아 실리콘의 경우 상당수 전자를 사용하지 못하게 되는 문제점이 있었습니다. 


 기드온 세게프 (Gideon Segev, a postdoctoral researcher at JCAP in Berkeley Lab's Chemical Sciences Division)를 비롯한 연구자들은 역발상으로 이 전자를 그냥 흘러가게 태양전지의 구조를 변경했습니다. (개념도) 그 결과 태양 에너지의 6.8%는 수소로 저장되고 13.4%는 전기로 변환되 20.2%라는 상당히 괜찮은 효율을 확보할 수 있었습니다. 물론 상용화를 위해서는 경제성과 내구성 등 여러 가지 넘어야 할 산이 많지만 흥미로운 결과입니다. 


 가까운 미래에 경제적으로 수소와 전기를 생산할 수 있는 태양 수소 전지가 상용화 되기를 희망합니다. 



참고 


Gideon Segev et al, Hybrid photoelectrochemical and photovoltaic cells for simultaneous production of chemical fuels and electrical power, Nature Materials (2018). DOI: 10.1038/s41563-018-0198-y 

댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...