아주대, 수소 농도 정밀 측정 센서 개발

전 농도범위서 최고 수준 서형탁 교수 연구팀 쾌거

아주대학교는 신소재공학과·대학원 에너지시스템학과 서형탁 교수 연구팀이 수소 농도를 정밀하게 측정할 수 있는 ‘수소 센서’를 개발하는 데 성공했다고 18일 밝혔다.

개발한 수소 센서는 다층 초박막 합금 촉매·전극을 이용한 고정밀·고신뢰성 수소 농도 센서로, 촉매·전극 신소재를 기반으로 PPM 단위 1∼100%까지의 수소 농도를 탐지할 수 있다.

아주대 연구팀은 수소 농도의 정밀 모니터링과 신뢰성 확보를 위해 기존 화학저항식 수소 센서에 널리 활용되는 팔라디움(Pd) 촉매 전극을 탈피해 팔라디움·니켈(Ni)의 초박막(각 층의 두께:수㎚)을 교차로 반복 적층한 새로운 전극을 개발해 냈다.

반복 적층 구조로 인해 고감도·고정밀로 수소 센싱이 가능하며, 전 농도 범위에서 최고 수준의 성능을 달성했다(선형성 95-99%, 응답 속도 1-3초 이내, 신호편차 1% 이하).

특히 수소연료전지 부품을 양산할 때 적용되는 반복 내구성 가속 테스트(4만 회 반복 수소 감지)에서도 안정적인 동작을 구현했다. 연구팀은 이러한 특성이 2-3㎚ 두께 수준의 팔라디움·니켈 나노 계면 합금의 구조적 안정성과 수소 탈착 에너지 감소를 통한 것임을 원자 수준 이론 계산과 초고분해능 투과전자현미경 분석을 통해 입증했다.

서형탁 교수는 "수소 에너지 기술에 대한 주목도가 높아져 한국 기업들이 수소전기차 기술에서 리더십을 키워 가고 있지만 수소 안전 확보에 꼭 필요한 센서의 경우 고가의 수입 제품에 의존할 수밖에 없는 어려움이 있다"며 "이번에 개발한 ‘수소 센서’를 수소 에너지 인프라와 반도체, 석유화학 등 수소를 활용하는 산업 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 산업통상자원부·한국에너기술평가원 주관 에너지기술개발사업과 과학기술정보통신부·한국연구재단 주관 해외우수신진인력지원사업, 기초연구지원사업, BK21 Four사업의 지원으로 수행됐다. 해당 기술은 국내 특허등록을 완료했으며 해외 특허출원이 진행 중이다.

김강우 기자 [e-mail]