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태양에너지를 저장했다가 수소로 방출하는 솔라 배터리



 (Catalyst solutions with luminescent ruthenium dye, which are irradiated with visible light in the reactor. Credit: Elvira Eberhardt, Ulm University)

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(Charging process of the polymer. UV/vis absorption spectra during photocatalytic charging of the copolymer (225 µm with respect to methyl viologen monomer content) using [Ru(tbbpy)3]Cl2 (12.5 µm) in water containing 0.09 m TEA and 0.075 m NaH2PO4 (A) and the respective time course of charging (B). SOC refers to state of charging; mean values are displayed and error bars represent standard deviation of n = 3 independent measurements. Credit: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-68342-2)

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태양 전지 같은 신재생 에너지의 가장 큰 약점은 밤에는 발전을 할 수 없다는 것과 기상 상태에 따라 발전량이 통제할 수 없이 변한다는 것입니다. 여기에 대비하기 위해 백업 배터리를 갖추는 방법도 있으나 이 역시 추가 비용으로 이어지고 장시간 발전량이 줄어드는 흐린날이 계속될 경우 대응하기 어렵다는 문제가 있습니다.

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울름과 예나 대학의 과학자들은 이 문제를 극복할 수 있는 독특한 태양 에너지 화학 배터리를 개발했습니다. 이들이 개발한 배터리는 전기 형태로 에너지를 저장하는 것이 아니라 수소를 저장했다가 방출한다는 독특한 특징을 지니고 있습니다.

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마르코 하르트코른(울름 대학교)과 로빈 캄페스 박사(예나 연방 주립대학교) (Marco Hartkorn (Ulm University) and Dr. Robin Kampes (FSU Jena).)와 동료들은 '수용성 산화-환원 활성 공중합체(Redox-active copolymer)'라는 특수한 고분자 물질을 이용해 태양 에너지를 저장했다가 수소의 형태로 방출하는 기술을 개발했습니다.

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연구팀이 개발한 중합체는 수용액 상태에서 태양 에너지의 80%까지 저장할 수 있습니다. 이 에너지는 전자 (e-)의 형태로 분자에 잡혀 있다가 용액에 산과 촉매를 넣어 pH를 산성으로 만들면 저장된 전자가 용액 속 수소 이온과 결합해 수소 가스를 내놓는 방식입니다. 두 번째 수소 방전 단계의 에너지 효율도 72% 정도로 대략 57.6%의 효율로 수소를 내놓을 수 있습니다.

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이 방식의 장점은 단순히 태양 에너지를 이용해 수소를 만드는 것만이 아니라 보관이 까다롭고 다루기 위험한 수소를 안전하게 수용액에 장기 보관하고 있다가 필요할 때 꺼내 쓸 수 있다는 것입니다. 예를 들어 수소환원 제철소에 필요한 수소를 그때마다 공급할 수 있습니다.

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물론 현재는 기초 연구 단계로 얼마나 비용 효율적이고 내구성이 오래갈지는 알 수 없습니다. 앞으로 상용화를 위한 개발이 순조롭게 진행될 수 있을지 궁금합니다.

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참고

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https://techxplore.com/news/2026-02-solar-battery-sunlight-days-hydrogen.html

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Marco Hartkorn et al, A water-soluble copolymer for storage and electron conversion in photocatalytic on-demand hydrogen evolution, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-68342-2

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