수소를 눈으로 볼 수 있는 착색 센서 개발


▲수소 착색의 원리를 나타낸 모식도
 

 아주대 서형탁(에너지시스템학과·신소재공학과) 교수팀이 ‘수소착색센서’를 개발하는데 성공했다. 수소는 에너지 연료원으로 자동차, 전기생산 분야 등 산업전반에 활용 영역을 확장하고 있지만 안정성 문제가 항상 제기되어 왔다. 수소는 무색, 무취에다 가벼워 누설의 위험성이 높고 공기 중 농도가 4%만 되어도 점화원만 있으면 폭발할 수 있기 때문이다. 그래서 수소 누출 시 효과적으로 검지할 수 있는 센서 기술이 국내외적으로 활발히 연구되어 왔다. 서 교수팀의 수소착색센서는 미 항공우주국(NASA) 등의 해외연구기관이 개발한 수소 검지 센서에 비해 검출 반응과 속도에 있어 월등하고, 제조단가에서도 경쟁력이 있다.

 
 수소착색센서는 촉매물질을 이용해 수소분자를 수소원자로 분리하고 이를 나노 크기의 구멍들이 있는 산화물 박막에 확산시킨다. 이 과정에서 수소와 산화물 원자간 결합에 의해 국부적 플라즈모닉스 현상이 일어나 색상이 변하게 되는 것이다. 플라즈모닉스는 빛이 금속 및 반도체 표면의 자유전자와 상호작용해 빛 에너지가 표면파 에너지로 바뀌는 현상을 이용한 새로운 나노광학 분야의 기술이다.

 
 수소착색센서는 모든 농도에서 수소 검지가 가능하고 3초 이내에 색상이 변하면서 수소의 유무를 육안으로 판별할 수 있다. 상온에서 제작이 가능하고, 플라스틱, 종이 등 다양한 모양과 재질에도 부착이 가능하다. 뿐만 아니라 센서가 수소 노출될 경우 전류가 급격히 증가하는 저항변화를 유도할 수 있어 수소연료전지 자동차를 비롯한 수소 산업 전반의 안전 및 제어에도 활용이 가능하다. 서 교수팀의 수소착색센서는 다양한 용도에 대응할 수 있도록 소재 및 공정 및 신뢰성과 관련된 원천기술도 이미 특허 등을 확보해 놓은 상태여서 상용화에 매우 근접해 있다.

 
 서형탁 교수는 “세계 최고의 수소검지 센서를 국내 원천기술로 확보했다는데 의의가 있다. 2020년경 도래할 것으로 예상되는 수소연료전지 자동차 시장의 국제 안전 기술 표준화에도 도전하고자 상용화 기술 개발에 박차를 가하고 있다”고 말했다. 한편, 이번 연구는 현대자동차 산학협동과제와 한국연구재단 신진연구과제 및 BK플러스 사업의 지원을 받아 이루어 졌다.