한밭대, 상온에서 동작하는 산소센서 핵심기술 개발

한밭대학교는 최근 신소재공학과 기능성전자재료연구실이 상온에서 동작하는 산소센서 핵심기술을 개발했다고 31일 밝혔다.

연구진은 고분자 소재의 고체전해질과 기체분리막을 이용해 상온의 수소 환경에서 미량의 산소를 감지하는 데 성공했다.

자동차 배기가스 내 산소량을 측정하는 용도로 상용화된 기존의 산소센서는 섭씨 600도 이상의 고온에서만 이온 전도성을 띠는 YSZ 세라믹 고체전해질을 이용한다. 따라서 고온을 유지하기 위한 발열체가 필요하고 지속적으로 전력을 공급해야 한다. 이는 에너지 소모가 크며 섭씨 400도 이상에서 자연발화하는 수소가 포함된 수소 인프라에는 적용할 수 없다. 폭발 위험성 때문이다.

연구진은 상온에서 이온전도성을 띠는 나피온 고분자와 기체 종류에 따라 투과특성이 상이한 폴리이미드 고분자를 활용, 수소 내의 산소농도와 출력전압이 비례하는 전기화학식 산소센서를 개발했다.

연구 총괄 책임을 맡은 이승윤 신소재공학과 교수는 "센서에 적용된 나피온-폴리이미드 소재는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 등에 사용되는 검증된 재료로 센서 실용화 가능성이 높다"며 "수소 용기 내부로 의도치 않게 혼입되는 산소를 감지하고, 수전해 수소에 함유된 산소량을 측정해 수소 품질을 모니터링하는데 응용할 수 있을 것"이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 한국전력공사전력연구원과 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 'Electrochemical bulk and film-type oxygen sensors: Strategies for detecting extremely low concentration in hydrogen environments'라는 제목으로 미국진공학회가 발행하는 '진공과학과 기술 B'(Journal of Vacuum Science and Technology B)에 게재됐다.

한밭대 기능성전자재료연구실 연구진이 산소센서를 이용해 산소농도를 측정하고 있다./사진제공=한밭대

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr