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[출연연 추천기술.28] '수정 저울'로 수소 누출 판별

표준연, 안전하고 정밀하게 수소 누출 측정···수소차 센서 응용
출연연 기술사업화 공동마케팅·윤병철 기자 bravodv@HelloDD.com 입력 : 2019.09.19|수정 : 2019.09.19
수소를 대체 에너지로 쓰려는 연구가 자동차와 로켓 등 다양한 분야에서 활발하다. 그러나 수소는 대기 누출 시 산소와 착화해 폭발할 위험이 있어, 누출을 방지하는 감지기술이 앞서 이뤄져야 한다.

수소가스의 누출을 검사하는 센서는 있다. 백금이나 팔라듐에 수소가 흡착돼 금속 전기전도도의 변화를 이용한 전기적 방법, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 등을 이용한 전기화학적 방법, 빛을 이용해 수소 누출을 감지하는 광학적 방법 등이다.

전기적 방법은 전기 방전으로 수소 폭발 위험성이 있다. 전기화학적 방법은 센서가 오염되기 쉽고, 광학적 방법은 광섬유를 이용한 센서부가 충격에 취약하다. 고비용이나 공정이 어려운 약점들도 있다. 

이러한 문제를 수정 저울을 이용해 해결할 수 있다. 수정은 일정한 공명진동수를 가져 측정에 널리 이용된다. 권수용 한국표준과학연구원 박사 연구팀이 개발한 기술은 백금층을 가진 수정진동자가 있는 수정 미소 저울(QCM, Quartz Crystal Microbalance)을 이용한다. 
수정 미소 저울 측면도 <자료=표준연 제공>수정 미소 저울 측면도 <자료=표준연 제공>

연구팀은 수소를 흡착하는 백금층의 표면적을 넓혀 수소와 민감하게 반응하도록 만들었다. 흡착된 수소의 분자량은 수정진동자의 공명진동수를 통해 정밀하게 측정돼 수소 누출을 보다 정확히 감지할 수 있다. 또한 펠티어 소자를 적용해 백금층 표면에 응집된 수소를 온도 차로 쉽게 탈착할 수 있다. 

저울은 수소 공급배관 사이에 설치돼 비정상적인 공명진동수를 감지한다. 연구팀은 수정 미소 저울이 누출 경보 센서, 가스 저장시설, 휴대용 수소센서, 수소연료전지 자동차 등에 응용될 것으로 기대하고 있다.
 
관련특허 수정 미소 저울을 이용한 수소 누출 감지 시스템 및 그 누출 감지 방법
(10-2014-0059442)
권리자 한국표준과학연구원
Keyword #수소 #감지 #측정 #누출
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권수용 박사
 
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