'수소 누출 0.6초 내 감지' KAIST-현대차 수소센서 개발

수소센서와 스마트폰 앱을 통한 수소 감지와 성능 확인 결과. KAIST 제공

국내 연구진이 수소 누출을 0.6초 만에 감지하는 센서를 개발했다. 미국 에너지청 기준 성능을 충족하는 세계 최초 수소센서로 수소에너지 보급에 기여할 것으로 기대된다.

10일 KAIST에 따르면 조민승 전기및전자공학부 박사와 현대차동차 기초소재연구센터 전자기에너지소재 연구팀, 부산대 서민호 교수는 공동연구를 통해 모든 성능 지표가 세계적인 공인 기준을 충족하고 0.6초 이내 속도로 감지하는 수소 센서를 세계 최초로 개발했다.

이번 기술은 기존 상용화된 센서보다 빠르고 안정적으로 수소를 감지한다. KAIST는 2021년부터 현대자동차와 차세대 수소센서 개발에 착수해 2년여 만에 개발에 성공했다.

연구진은 기존 수소센서에 많이 활용되는 팔라듐 물질 기반으로 독자적인 마이크로·나노 구조 설계와 공정 기술을 접목했다. 앞으로 양산을 고려해 합성 소재가 아닌 물질적 제약이 적은 순수 금속 소재를 활용했으며 반도체 일괄 공정 기반으로 대량 생산이 가능하다.

연구팀은 히터-절연층-감지물질이 수직으로 적층돼 있는 구조의 기존 가스 센서가 가지는 불균일한 온도 분포를 극복하기 위해 히터와 감지물질이 동일 평면상에 나란히 집적돼 있는 차별적인 공정 구조를 적용했다. 수소를 감지하는 팔라듐 나노 소재는 완전히 공중 부유된 구조로 하단부까지 공기 중에 노출돼 있어 가스와의 반응 면적을 극대화했다. 팔라듐 감지 물질은 전 영역이 균일한 온도로 동작하며 이를 통해 온도에 민감한 감지 성능을 정확히 조절해 빠른 동작 속도와 폭넓은 감지 농도를 확보했다.

연구팀은 제작된 소자를 블루투스 모듈과 패키징해 무선으로 1초 이내 수소 누출일 감지하는 통합 모듈을 제작해 성능을 검증했다. 기존 고성능 광학식 수소센서와 달리 휴대성이 높아 수소에너지가 보급되는 다양한 곳에 적용할 수 있다.

조민승 KAIST 전기및전자공학부 박사

연구를 이끈 조민승 박사는 "이번 연구 결과는 기존 수소센서 성능 한계를 뛰어넘어 고속 동작할 뿐만 아니라 실사용에 필요한 신뢰성, 안전성까지 확보했기에 중요한 가치를 가지며 자동차, 수소충전소, 가정 등 다양한 곳에서 활용될 수 있을 것"이라며 "기술 상용화를 통해 안전한 친환경 수소에너지 세상을 앞당기는 데 기여하고 싶다"고 말했다. 임효인 기자