우리 학회 사업부회장인 연세대학교 신소재공학과 이우영 교수(고감도 광대역 수소 센서 연구단)가 과학기술정보통신부 나노·소재기술개발사업 국가핵심소재연구단으로 선정됐다. 나노 및 소재기술개발사업은 나노기술과 소재·부품·장비(소부장) 분야의 세계 수준의 원천기술을 확보하기 위한 과기정통부 대표 연구개발사업 중의 하나이다.

 

세계적으로 탄소중립을 위한 정치적·사회적·학문적 큰 패러다임의 변화 속에서, 수소에너지는 미래 대체에너지로 각광을 받고 있다. 특히 수소는 공기 중 4% 이상 포함될 경우 폭발 위험성을 가지고 있으므로 저농도누출 수소의 신속하고 정밀한 감지가 필수적으로 요구된다. 또한, 고순도 수소를 분석하거나 수소차 내부 등 폐쇄된 공간에서 고압 수소가 누출될 경우 수 십% 이상 고농도 수소의 감지 또한 필요하다.

 

수소감지기술은 약 2-4%의 농도를 기준으로 저농도 수소 감지를 위해감지 물질과 수소 간 전기화학적 반응에 의한 물질의 다양한 특성 변화를 이용하는 방법과 고농도 수소 감지를 위해 주변 대기 중 다른 가스에 비해 비교적 높은 열전도도를 가진 수소의 조성비를 이용하는 방법 등으로 분류된다.

 

이우영 교수 연구팀은 주관기관 연세대에서 개발한 저농도용 산화물 반도체 기반 수소센서, 공동기관(1) MEMS에서 개발한 고농도용 TC 기반 수소센서, 공동기관(2) AMOSENSE에서 개발한 듀얼 수소 센서 통합 모듈화 기술을 이용하여 '고감도, 고신뢰성, 광대역 수소 감지용 복합소재 및 모듈화 기술개발' 신규 과제를 진행할 계획이다. 또한, 국내에서 수소에너지 관련 산업을 주도하고 있는 현대자동차가 개발협력기관으로 참여할 예정이다.

 

본 과제는 2022년도 04월부터 2022년도 12월까지 총 57개월 간 진행되며 연구비 총액은 약 80억이다. 또한, 연구기간 중 연세대-아모센스간 기술이전(기술이전료 총 7억)이 진행될 계획이다.

 

본 과제에서는, 각 수소감지기술이 가지는 한계점을 극복하여 PPM 단위부터 100%까지 전 농도 범위의 수소를 정확하고 신속하게 감지할 수 있도록 농도 구간별 수소 감지에 적합한 복합소재를 개발하며, 각 센서 소자 기술부터 통합 모듈화, 신호처리, 시스템화 기술개발을 포함한다.이러한 혁신적인 광대역 수소센서 개발을 통해 수소전기차, 수소스테이션, 수소드론, 수소생산 및 공급라인 등 미래 수소모빌리티 환경의 안전 확보를 기대하며, 부가적으로 산화물 반도체의 나노 구조화를 통해 호기수소 분석 등 극저농도 수소분석에 대한 정밀한 감지의 가능성도 기대된다.

 

특히, 연세대학교에서 개발한 저농도용 산화물 반도체 기반 수소 센서는 우수한 반응/회복성(반응 후 기저 저항 유지), 우수한 반응 안정성(열적, 화학적, 기계적)을 가져 정확한 수소 감지에 유리하다. 전도성 재료를 사용하여 전도 채널을 형성하고 감지 물질과 병렬 저항 회로를 구성함으로써 수소 반응 전/후 안정적인 베이스 저항 유지를 확보하여 나노물질 기반 수소센서 상용화의 핵심인 신호 안정성 해결하였다.

또한, 상용화 요구 수준의 반응 안전성(반복 안정성, 빠른 반응, 습도안정성) 및 선택성(수소와 친화성이 높은 팔라듐)을 확보하였고, 모빌리티 실사용 환경 온도 전 범위 에서 기저 저항값의 안정적 변화로 인해 수소 누출이 없을 경우 센서 고장 자가 진단의 가능성으로 더욱 경쟁력 높은 센서로 판단된다.

 

-출처: 연세대학교 개별연구자성과