수소가스 누출 즉시 잡아내고 농도도 측정한다

김정민 대구경북과학기술원(DGIST) 나노융합연구부 선임연구원과 이우영 연세대 교수 연구팀은 수소에 노출되는 순간 바로 검지하고 누출된 수소가스 농도 분석이 가능한 센서 기술을 개발했다고 4일 밝혔다. 팔라듐 나노갭 수소센서 메커니즘. 대구경북과학기술원 제공

수소전기차 등 수소에너지 활용이 늘어나면서 수소 저장과 활용의 안전성에 대한 관심이 크다. 수소가스는 고인화성, 폭발성을 띠기 때문이다. 이런 이유로 유출되는 수소가스를 빠르게 검지하는 센서 기술의 필요성이 높아지고 있다. 

김정민 대구경북과학기술원(DGIST) 나노융합연구부 선임연구원과 이우영 연세대 교수 연구팀은 수소에 노출되는 순간 바로 검지하고 누출된 수소가스 농도 분석이 가능한 센서 기술을 개발했다고 4일 밝혔다. 

수소가스를 감지하는 센서로는 팔라듐 금속 기반 센서가 주로 활용된다. 산화 팔라듐 입자가 수소와 만나 팔라듐 입자로 환원되며 일어나는 전도성 차이를 통해 수소 누출을 검지한다. 전도성의 미세한 변화로 누출을 검지하기 때문에 신속한 수소 누출 검지는 물론 누출된 수소의 농도를 정확하게 측정하기는 어려웠다. 

연구팀은 팔라듐 금속의 나노갭 기반 저농도 수소 검지기술을 개발했다. 누출된 수소가스에 의한 팔라듐 금속의 팽창으로 나노갭이 메꿔지면 전기가 흐르며 누출을 탐지하는 원리로 작동한다. 특히 누출되는 수소가스의 농도에 비례해 흐르는 전류가 더 많아지는 특성을 활용해 누출되는 수소가스의 정량을 분석할 수 있는 게 장점이다. 

연구팀은 또 기존 센서에 비해 제작 단가를 낮추는 데도 성공했다. 유연한 기판에 팔라듐 금속을 입히는 방식으로 제작해 제작 단가와 제작 공정을 획기적으로 개선했다. 

김정민 DGIST 선임연구원은 “이번 연구는 지난 10여년간 진행한 수소 검지 센서와 관련된 연구를 모두 집대성한 것”이라며 “효율적이고 정확한 수소 검지 센서 대량 생산을 위한 방법을 제시했다”고 밝혔다. 이번 연구결과는 신소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 11월 22일자에 온라인 게재됐다. 

 

연구에 참여한 김정민 DGIST 나노융합연구부 선임연구원과 이우영 연세대 교수, 이현숙 연세대 연구교수(왼쪽부터). DGIST 제공.

[김민수 기자 reborn@donga.com]