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빛이 닿지 않는 수심 10m에서 전기를 만들었다 — 바닷속 태양광이 배터리를 충전했다

바닷속 태양광 발전을 표현한 이미지

한눈에 요약

  • 무슨 일? 중국 윈난대학을 중심으로 한 연구진이 빛이 도달하지 않는 해저 10m 깊이에 페로브스카이트 기반 태양전지 시험용 발전소를 설치해 실제 전력을 생산했습니다. 연구 결과는 국제 학술지 줄(Joule)에 실렸습니다.
  • 왜 중요? 그동안 수중 태양전지 연구는 대부분 수심 2m 안팎의 얕은 물에서 이뤄져 실제 수중 장비가 작동하는 환경과 거리가 멀었습니다.
  • 핵심 숫자: 소형 전지 광전변환효율 34.71%, 대형 모듈 29.4%, 1000시간 뒤 초기 효율의 99.58% 유지.

무슨 일이 있었나

지디넷코리아가 전한 외신 보도에 따르면 중국 연구진들이 세계 최초로 수중 태양광 발전소를 구축해 실제 전력을 생산하는 데 성공했습니다.

태양광 발전은 건물과 자동차 등 다양한 영역에 적용되고 있지만, 물속은 햇빛이 잘 들지 않아 태양광 활용이 불가능한 영역으로 여겨져 왔습니다. 기존 수중 태양전지 연구도 대부분 수심 2m 안팎에서 이뤄졌습니다. 연구진은 해저 탐사 장비 등에 직접 전력을 공급할 수 있도록 수심 10m에서도 작동하는 태양전지를 설계했습니다.

숫자로 보는 수중 태양광

항목 내용
연구 주체 중국 윈난대학 중심 연구진
게재 학술지 줄(Joule)
설치 깊이 해저 10m
채택 소재 밴드갭 1.96eV 페로브스카이트 태양전지
소형 전지 효율 0.0895㎠에서 34.71%
대형 모듈 효율 28.79㎠에서 29.4%
내구성 모의 해수 침수 1000시간 뒤 초기 효율의 99.58% 유지
T80 수명 4만8904시간(25도 기준), 5년 이상
현장 충전량 수심 2.6m 1416mWh, 5.5m 752mWh, 10m 324mWh(2시간 기준)

배경 — 왜 페로브스카이트인가

수심이 깊어질수록 햇빛은 급격히 약해집니다. 특히 일반적인 실리콘 태양전지가 주로 흡수하는 적색광은 물속에서 거의 차단됩니다. 물속에 남는 빛은 청록색 계열입니다.

연구진은 이 환경에 맞춰 1.96eV(전자볼트)의 넓은 밴드갭을 가진 페로브스카이트 태양전지를 채택했습니다. 페로브스카이트 소재는 빛 흡수 대역을 조절하기 쉽고 어두운 환경에서도 뛰어난 효율을 발휘합니다. 빛이 적은 곳에서 쓰려면 아무 태양전지나 담가서는 안 되고, 그곳에 남아 있는 빛의 색에 맞춘 소재가 필요하다는 뜻입니다.

바닷물과 수압을 어떻게 견뎠나

해수의 강한 부식성과 수압에 따른 누수 문제도 함께 풀어야 했습니다. 연구진은 결정화 첨가제인 폴리헥사메틸렌구아니딘 염산염(PHMG)을 더해 전지의 내부 안정성을 높였습니다. 여기에 부틸 고무와 커버 글라스, 투명 에폭시 수지 보호층을 겹겹이 씌워 방수·내압·내식성 구조를 완성했습니다.

성능도 확인됐습니다. 수심 10m 환경을 모사한 실험실 시뮬레이션에서 0.0895㎠ 크기의 소형 태양전지는 34.71%라는 높은 광전변환효율을 기록했습니다. 28.79㎠ 크기의 대형 모듈에서도 29.4%의 효율을 나타내 약한 빛도 효율적으로 전기로 바꿀 수 있음을 입증했습니다.

내구성 역시 뛰어났습니다. 모의 해수 침수 테스트에서 이 장치는 1000시간이 지난 뒤에도 초기 효율의 99.58%를 유지했습니다. 섭씨 25도 기준 연속 작동 시 성능이 80% 수준으로 떨어지는 데 걸리는 시간(T80 수명)은 4만8904시간으로 추정돼 바닷속에서 5년 이상 안정적으로 작동할 수 있음을 보여줬습니다.

실제 바다에서의 결과

연구진은 남중국해 실제 해역에서 현장 테스트도 마쳤습니다. 수심 2.6m, 5.5m, 10m에 전지를 침수시키고 2시간 동안 빛을 쬐어 리튬이온 배터리를 충전한 결과 각각 1416mWh, 752mWh, 324mWh의 전력을 얻었습니다. 깊이가 깊어질수록 얻는 전력은 줄었지만, 연구진은 이 정도면 수중 LED 패널이나 다양한 감지 센서를 작동시키기에 충분한 용량이라고 설명했습니다.

연구진은 이번 기술이 향후 심해 탐사선, 수중 센서 네트워크, 해양 모니터링 장비의 무인 장기 운용에 핵심적인 전력원이 될 것으로 기대하고 있습니다.

나에게 미치는 영향

재생에너지에 관심 있는 사람: 이번 성과의 핵심은 대규모 발전이 아니라 바닷속 장비에 전력을 공급하는 것입니다. 육상 태양광을 대체하는 기술과는 목적이 다릅니다.

해양 산업 종사자: 수중 센서와 모니터링 장비는 배터리 교체가 가장 큰 운영 부담입니다. 현장에서 충전이 가능해지면 운용 방식이 달라질 수 있습니다.

과학 소식을 즐겨 보는 사람: 빛의 양이 아니라 빛의 색에 맞춰 소재를 고른 접근이 이번 연구의 특징입니다.

자주 묻는 질문

Q. 바닷속에서 정말 태양광 발전이 되나요?
수심 10m에서 실제로 리튬이온 배터리를 충전했습니다. 다만 얻는 전력량은 수심이 깊어질수록 크게 줄었습니다.

Q. 얼마나 오래 쓸 수 있나요?
25도 기준 T80 수명이 4만8904시간으로 추정돼 5년 이상 작동할 수 있다는 것이 연구진의 설명입니다.

Q. 상용화됐나요?
시험용 발전소를 구축해 현장 테스트를 마친 단계입니다. 상용화 일정은 이번 보도에 포함되지 않았습니다.

앞으로 지켜볼 것

  • 실제 해양 장비에 적용된 장기 운용 실증 결과.
  • 페로브스카이트 소재의 대형화와 내구성 확보 여부.

참고 자료