[가스신문=이경인 기자] 신소재를 통해 수소 누출을 파악할 수 있는 초정밀 수소농도 센서가 개발됐다.

아주대학교 서형탁 교수(신소재공학과) 연구팀은 ‘다층 초박막 합금 촉매-전극을 이용한 고정밀·고신뢰성 수소 농도 센서’를 개발, 지난 1월 센서 분야 국제 학술지 ‘센서 앤 액츄에티터 B(Sensors & Actuators B: Chemical)’ 온라인판에 게재됐다.

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

그동안 사용된 Pd 박막이나 Pd 나노구조를 이용한 수소 센서는 제한된 저농도 영역에서 신호를 감지할 수 있으나 50% 이상의 고농도 수소 검지에서는 심각한 한계를 보여왔다.

이번에 개발된 방식은 Pd-Ni 초박막의 반복 적층 구조로 인해 고감도·고정밀로 수소 센싱이 가능하며, 전 농도 범위에서 최고 수준의 성능을 달성했다. 특히 수소연료전지 부품을 양산할 때 적용되는 반복 내구성 가속 테스트(4만회 반복 수소 감지)에서도 안정적인 동작을 구현했다. 연구팀은 이러한 특성이 2-3nm 두께 수준 Pd-Ni 나노 계면 합금의 구조적 안정성과 수소 탈착 에너지 감소를 통한 것임을 원자 수준 이론 계산과 초고분해능 투과전자현미경 분석을 통해 입증했다.

이에 따라, 수소자동차를 비롯해 수소사용을 기반으로 하는 수소용품과 수소충전소 등의 안전성 확보에 도움이 될 것으로 기대된다.

한편, 이번 기술은 지난 11일부터 14일까지 개최된 세계 최대 정보기술·가전 박람회인 ‘CES 2021’(Consumer Electronics Show)에도 선보였다.