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 

 https://phys.org/news/2018-10-solar-cell-duty-renewable-energy.html#jCp