초고성능 나노기반 수소센서

초고성능 나노기반 수소센서

수소에너지 연구 활발, 수소센서 연구 절실!

최근 세계적으로 화석연료가 고갈되어 가고 또한 배기가스 등의 환경오염 문제를 해결하기 위한 새로운 대체 에너지 개발의 일환으로 수소에너지에 대한 연구가 활발하다. 또한 서울시는 친환경 수소연료차 조기 상용화에 나선다. 수소연료전지차는 무한자원인 수소를 공기 중에 있는 산소와 화학반응을 통하여 발생하는 전기를 사용하는 차로, 이산화탄소와 오염물질이 전혀 배출되지 않는다. 수소는 물로부터 얻을 수 있고 이용 후 다시 물로 재순환 되는 에너지로서 현재 화석연료의 유한성과 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있으며, 현재 활발한 수소에너지 연구 추세로 볼 때 머지않아 수소자동차를 비롯하여 수소에너지의 대중화 시대가 열릴 것으로 예상된다. 그러나 수소는 공기 중에 4% 이상이 노출되면 산소와 자연발화 및 폭발하여 수소가스에 대한 조기 탐지를 위한 수소센서의 연구가 필수적이다. 하지만 기존의 기술은 생산 공정이 복잡할 뿐만 아니라 수율이 매우 낮으며, 전기화학적 방식에 기반을 두고 있어 고효율, 고감도의 센서의 개발이 어려운 실정이다.

본 개발 기술의 차별성과 장점

현재 수소센서 연구 동향을 보면 수소센서 연구가 다양하게 이루어져 왔지만 한 두 가지씩의 단점으로 말미암아 실용성에서 상용화되기 어려운 현실이다. 본 개발 기술은 나노 기술을 이용하여 제조 방법이 간단하고, 생산수율이 높은 저가의 고효율, 고감도 수소센서의 개발을 목표로 하여 연성기판(soft-materials substrate)의 특성을 이용한 점이 다른 기술과 차별화 되는 점이다. 연성기판에 팔라듐(Pd) 박막을 증착한 후 인장력을 이용하여 인위적인 나노 갭(nano gap)을 형성하고 Pd 박막과 수소 가스 간 표면반응에 따른 나노 갭의 변화가 박막의 전기저항의 변화를 탐지를 통하여 수소 가스를 탐지하는 것이다. 나노 갭을 통해 형성된 박막형 센서는 제작이 간단하고 기존에 상용화되어 있는 벌크에 비해 표면 에너지가 극대화된 형태로서 표면 반응에 의한 센서 검지 능력이 매우 탁월하다는 장점을 가지며, 초고감도, 초소형, 초저전력 구동이 가능한 센서를 제작할 수 있어 그 응용범위 및 시장성이 크다. 또한 나노 갭을 이용한 박막형 센서는 세계적으로 처음으로 제안되는 구조로서, 고감도 및 빠른 반응 시간 등 장점을 유지하면서 고비용 공정 및 취약한 내구성 등 나노물질의 한계를 극복할 수 있다는 점에서 그 연구의 독창성과 응용성이 매우 크다고 할 수 있다. 현재 유사한 구조를 이용한 Mg 기반의 수소 저장 합금 개발에 대한 연구도 함께 진행 중이다.