셀레늄이 도입된 그래핀 촉매의 안정성과 전지효율 개선 입증

▲ 백종범 교수 출처 : 한국연구재단
[시사매거진]국내 연구진이 태양빛을 이용해서 식물이 광합성을 하듯이 전기를 생산하는 염료감응 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있는 새로운 전극용 물질을 개발했다.

한국연구재단은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받은 백종범 교수팀(울산과기원)이 기계화학적 공정을 통해 이종원소 중 하나인 셀레늄(Se)을 그래핀에 세계 최초로 도입하여, 차세대 태양전지 중 하나인 염료감응 태양전지용 상대전극 재료를 개발했다고 20일 밝혔다.

본 연구결과는 세계적 자연과학분야 권위지인 사이언스 어드밴시스 (Science Advances) 6월 17일자 온라인판에 게재되었다.

그래핀은 뛰어난 물리적, 전기적, 화학적 성질을 지녀, 다양한 분야에서의 높은 응응 가능성으로 인해 차세대 꿈의 신소재로 각광을 받고 있다.

탄소로만 구성되어 있는 그래핀은 전기화학적으로 활성이 낮아, 이종원소 도입을 통한 분극화로 전기화학적 활성을 높여야 한다.

그러나 기존의 그래핀 제조 방법으로는 이종 원소를 도입하는데 많은 어려움이 있고, 그래핀의 우수한 특성을 희생하고 만들어 지는 단점이 있어, 다양한 분야에 응용하는데 한계가 있었다.

백종범 교수팀은 기계화학적 공정을 통하여 이종원소 중 하나인 셀레늄을 그래핀에 세계 최초로 도입하였으며, 셀레늄이 그래핀의 가장자리에만 선택적으로 도입되었음을 투과전자 현미경으로 확인하였다.

동 결과는 기존의 이종원소 도입방법과는 달리, 그래핀의 결정성을 손상하지 않아 우수한 전기적 특성을 유지한 상태에서 셀레늄을 가장자리에만 도입하여 전기화학적 촉매특성을 극대화 할 수 있었다.

셀레늄이 도입된 그래핀은 염료감응 태양전지용 전해질인 코발트 및 요오드 환원용 촉매로 특성을 평가하였을 때, 우수한 전기화학적 특성을 보일 뿐만 아니라, 1,000번을 사용한 후에도 최초의 전기화학적 특성을 그대로 유지할 정도로 슈퍼 안정성을 보였으며, 두 전해질 모두에서 백금을 능가하는 전지효율을 보여주었다.

백종범 교수는“염료감응 태양전지의 상용화를 가로막던 원인 중 하나가 비싼 백금 촉매를 대체할 수 있는 새로운 소재개발이 늦어진 것”이라며 “셀레늄이 도입된 그래핀이 백금 전극을 대체하게 되면 염료감응 태양전지 상용화에도 기여할 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.
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