카이스트-현대차, 0.6초 이내 수소 누출 감지 센서 개발

2021년부터 차세대 수소 센서 개발 착수
세계적 공인 기준 충족…빠르고 안정적
휴대성 높아 다양하게 활용될 것으로 기대

국내 연구진이 수소 자동차에서 0.6초 이내에 수소 누출을 감지하는 센서를 개발했다.

조민승 카이스트 박사(전기및전자공학부 윤준보 교수팀)는 현대자동차 기초소재연구센터 전자기에너지소재 연구팀, 부산대학교 서민호 교수와의 협업해 고성능의 수소 센서를 개발했다.

조민승 카이스트 전기및전자공학부 박사

최근 수소 자동차 보급이 증가함에 따라 안전과 직결된 필수 요소인 수소 센서의 중요성이 더욱 높아지고 있다.

카이스트는 빠르고 안정적인 수소 감지 기술 확보를 위해 현대차와 함께 2021년부터 차세대 수소 센서 개발에 착수했고, 2년여의 개발 끝에 성공했다.

특히 미국 에너지청 기준 성능을 충족하면서 감지 속도 0.6초 이내의 빠른 수소 센서를 세계 최초로 개발했다.

기존의 수소 센서 연구들은 수소 센서에 많이 활용되는 팔라듐(palladium, Pd) 소재에 촉매 처리를 하거나 합금을 만드는 등 주로 감지 소재에만 집중했다.

그러나 이런 연구들은 모든 성능 지표를 충족하지는 못했으며, 일괄 공정이 어려워 상용화에 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 연구진은 순수한 팔라듐 물질 기반으로 독자적인 마이크로·나노 구조 설계 및 공정 기술을 접목해 모든 성능 지표를 만족하는 센서를 개발했다.

또한 향후 양산을 고려해 합성 소재가 아닌 물질적 제약이 적은 순수 금속 소재들을 활용했으며, 반도체 일괄 공정 기반으로 대량 생산이 가능한 차세대 수소 센서를 개발했다.

수소 센서와 스마트폰 애플리케이션을 통한 실시간 수소 감지[출처=카이스트]

연구팀은 제작된 소자를 블루투스 모듈과 패키징해 무선으로 1초 이내로 수소 누출을 감지하는 통합 모듈을 제작한 후 성능을 검증했다. 이는 기존 고성능 광학식 수소 센서와 달리 휴대성이 높아 수소 에너지가 보급되는 다양한 곳에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구를 주도한 조민승 박사는 "이번 연구 결과는 자동차, 수소 충전소, 가정 등 다양한 곳에 활용될 수 있을 것"이라며 "이번 수소 센서 기술의 상용화를 통해 안전한 친환경 수소 에너지 세상을 앞당기는 데 기여하고 싶다"고 밝혔다.

이번 연구는 미국 한국 등에 3건의 특허가 출원돼 있으며, 저명 국제 학술지 ACS 나노(Nano)에 출판됐다.

김보경 기자 bkly477@asiae.co.kr