- 팔라듐의 수소 감응성을 이용하여 실시간 색상 변화가 가능한 유리창 개발 - 수소 플랜트, 연료전지 가스 연결부 등 협소 설비 내 수소 가스 누출 지점 쉽고 빠르게 확인 친환경 에너지원으로 주목받는 수소 가스는 산소와 만나면 폭발할 위험이 크다. 따라서 수소 경제의 모든 단계에서 가스 누출을 감지하기 위한 센서 기술이 꼭 필요한데, 현재 주로 쓰이는 저항식 및 전기화학식 수소 센서는 큰 부피, 많은 전력 소모, 높은 생산 단가로 인해 수소 플랜트나 잠수함, 연료전지 시스템 등 협소한 설비에는 적용하기 어렵다. 또한 누출된 수소 가스의 정량적인 농도 정보만을 제공하기 때문에 가스가 누출된 지점을 빠르게 확인하는 것은 불가능하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 상온‧상압‧고습의 실제 환경에서 수소 가스가 누출된 지점을 색상 변화를 통해 쉽고 빠르게, 육안으로 확인할 수 있는 가스 감응형 변색 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구성과는 KIST 센서시스템연구센터 박유신 박사팀과 고려대학교 바이오의공학과 유용상 교수팀의 공동연구를 통해 이뤄졌다. 팔라듐은 수소 흡수 특성이 우수해 수소 감지 센서 소재로 이용된다. 기존 센서는 수소를 흡수한 팔라듐의 전기적, 화학적 특성 변화를 정량적으로 검지하는 방식인 데 반해, KIST-고려대 공동연구팀은 대기 중에 항상 존재하는 산소와 누출된 수소의 자발적인 촉매 반응과 이에 수반되는 물 생성 현상을 이용했다. 그런데 팔라듐 표면에 흡착된 수소와 산소의 촉매 반응으로 생성된 물 분자는 바로 증발하기 때문에 육안으로 관측하기 어렵다는 문제가 있었다. 연구팀은 수소와 산소만 선택적으로 투과할 수 있는 고분자 박막의 위아래를 팔라듐 박막으로 감싸는 금속-고분자-금속 적층형 센서 구조를 개발해 박막 위에 나노미터 두께의 물 층이 형성되도록 했다. 이렇게 형성된 물 층은 센서의 빛 공명과 반사에 영향을 주어 육안으로 관찰되는 색상의 변화를 유도한다. 반대로 수소 가스 누출이 없다면 물이 서서히 증발해 처음 색상으로 돌아온다. 연구팀은 이와 같은 과정을 통해 염료 없이도 나노구조의 규격을 조절해 원하는 색상을 쉽고, 저렴하게 구현할 수 있었다. 이 기술은 유리, 플라스틱 등 투명 기판에도 적용할 수 있을 뿐 아니라 소모 전력 없이 작은 크기로 제작할 수 있어 수소 플랜트, 자동차 연료전지 시스템 등 좁고 복잡한 수소 배관이 지나가는 곳 어디든지 쉽게 부착해 적용할 수 있다. 또한, 수소 가스를 선택적으로 흡수하고 배출하는 고분자 박막을 활용했기 때문에 온도와 습도 등 주변 환경의 변화에 영향을 받지 않고 동작할 수 있어 상용화 가능성이 높다. 고려대학교 유용상 교수는 “가시화 센서가 보급되면 수소 폭발 사고를 예방할 수 있어 수소 플랜트나 연료전지 가스 연결부를 제작하는 기업의 수요가 있을 것으로 기대한다”고 말했다. KIST 박유신 박사는 “이번 연구성과는 기존 저항식 및 전기화학식 수소 센서 기술의 난제인 수소 흡수에 의한 선명한 색상 변화를 구현할 수 있는 새로운 기술”이라며, “후속 연구에서는 더 낮은 수소 농도에서도 빠르게 동작하는 고성능 변색 센서 기술을 확보하는 것이 목표”라고 밝혔다. 본 연구는 KIST 주요사업(K-DARPA 파급혁신형사업), 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 한국연구재단 중견연구자지원사업(No. 2021R1A2C2009236)과 고려대학교 교내과제 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 광학분야 최상위 세계적 학술지 ‘포토닉스(PhotoniX)’ (IF 16.500, JCR 4.5%)에 6월 26일 온라인 게재되었다. * 논문명 Naked-eye observation of water-forming reaction on palladium etalon: transduction of gas-matter reaction into light-matter interaction [그림 1] 수소 감응형 변색 센서 구조 모식도(왼쪽), 센서 소재와 구조에 변화를 주어 수소 흡수 시 다양한 색상을 가지도록 제작한 꽃무늬(오른쪽) [그림 2] 수소와 산소의 흡수 비율에 의존하여 생성되는 물 층(layer)의 두께가 제어되며 이에 따른 색상 변화 거동 [그림 3] 제작한 prototype 윈도우를 이용한 상온, 상압, 고습 환경에서 수소 가스 누출 테스트 시연 사진 ○ 논문명: Naked-eye observation of water-forming reaction on palladium etalon: transduction of gas-matter reaction into light-matter interaction ○ 학술지:포토닉스(PhotoniX) ○ 게재일: 2023.06.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1186/s43074-023-00097-1 ○ 논문저자 - 이종수 박사과정(제1저자/KIST 센서시스템연구센터), - 박유신 선임연구원(교신저자/KIST 센서시스템연구센터) - 유용상 교수(교신저자/고려대학교 바이오의공학과)

- 팔라듐의 수소 감응성을 이용하여 실시간 색상 변화가 가능한 유리창 개발 - 수소 플랜트, 연료전지 가스 연결부 등 협소 설비 내 수소 가스 누출 지점 쉽고 빠르게 확인 친환경 에너지원으로 주목받는 수소 가스는 산소와 만나면 폭발할 위험이 크다. 따라서 수소 경제의 모든 단계에서 가스 누출을 감지하기 위한 센서 기술이 꼭 필요한데, 현재 주로 쓰이는 저항식 및 전기화학식 수소 센서는 큰 부피, 많은 전력 소모, 높은 생산 단가로 인해 수소 플랜트나 잠수함, 연료전지 시스템 등 협소한 설비에는 적용하기 어렵다. 또한 누출된 수소 가스의 정량적인 농도 정보만을 제공하기 때문에 가스가 누출된 지점을 빠르게 확인하는 것은 불가능하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 상온‧상압‧고습의 실제 환경에서 수소 가스가 누출된 지점을 색상 변화를 통해 쉽고 빠르게, 육안으로 확인할 수 있는 가스 감응형 변색 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구성과는 KIST 센서시스템연구센터 박유신 박사팀과 고려대학교 바이오의공학과 유용상 교수팀의 공동연구를 통해 이뤄졌다. 팔라듐은 수소 흡수 특성이 우수해 수소 감지 센서 소재로 이용된다. 기존 센서는 수소를 흡수한 팔라듐의 전기적, 화학적 특성 변화를 정량적으로 검지하는 방식인 데 반해, KIST-고려대 공동연구팀은 대기 중에 항상 존재하는 산소와 누출된 수소의 자발적인 촉매 반응과 이에 수반되는 물 생성 현상을 이용했다. 그런데 팔라듐 표면에 흡착된 수소와 산소의 촉매 반응으로 생성된 물 분자는 바로 증발하기 때문에 육안으로 관측하기 어렵다는 문제가 있었다. 연구팀은 수소와 산소만 선택적으로 투과할 수 있는 고분자 박막의 위아래를 팔라듐 박막으로 감싸는 금속-고분자-금속 적층형 센서 구조를 개발해 박막 위에 나노미터 두께의 물 층이 형성되도록 했다. 이렇게 형성된 물 층은 센서의 빛 공명과 반사에 영향을 주어 육안으로 관찰되는 색상의 변화를 유도한다. 반대로 수소 가스 누출이 없다면 물이 서서히 증발해 처음 색상으로 돌아온다. 연구팀은 이와 같은 과정을 통해 염료 없이도 나노구조의 규격을 조절해 원하는 색상을 쉽고, 저렴하게 구현할 수 있었다. 이 기술은 유리, 플라스틱 등 투명 기판에도 적용할 수 있을 뿐 아니라 소모 전력 없이 작은 크기로 제작할 수 있어 수소 플랜트, 자동차 연료전지 시스템 등 좁고 복잡한 수소 배관이 지나가는 곳 어디든지 쉽게 부착해 적용할 수 있다. 또한, 수소 가스를 선택적으로 흡수하고 배출하는 고분자 박막을 활용했기 때문에 온도와 습도 등 주변 환경의 변화에 영향을 받지 않고 동작할 수 있어 상용화 가능성이 높다. 고려대학교 유용상 교수는 “가시화 센서가 보급되면 수소 폭발 사고를 예방할 수 있어 수소 플랜트나 연료전지 가스 연결부를 제작하는 기업의 수요가 있을 것으로 기대한다”고 말했다. KIST 박유신 박사는 “이번 연구성과는 기존 저항식 및 전기화학식 수소 센서 기술의 난제인 수소 흡수에 의한 선명한 색상 변화를 구현할 수 있는 새로운 기술”이라며, “후속 연구에서는 더 낮은 수소 농도에서도 빠르게 동작하는 고성능 변색 센서 기술을 확보하는 것이 목표”라고 밝혔다. 본 연구는 KIST 주요사업(K-DARPA 파급혁신형사업), 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 한국연구재단 중견연구자지원사업(No. 2021R1A2C2009236)과 고려대학교 교내과제 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 광학분야 최상위 세계적 학술지 ‘포토닉스(PhotoniX)’ (IF 16.500, JCR 4.5%)에 6월 26일 온라인 게재되었다. * 논문명 Naked-eye observation of water-forming reaction on palladium etalon: transduction of gas-matter reaction into light-matter interaction [그림 1] 수소 감응형 변색 센서 구조 모식도(왼쪽), 센서 소재와 구조에 변화를 주어 수소 흡수 시 다양한 색상을 가지도록 제작한 꽃무늬(오른쪽) [그림 2] 수소와 산소의 흡수 비율에 의존하여 생성되는 물 층(layer)의 두께가 제어되며 이에 따른 색상 변화 거동 [그림 3] 제작한 prototype 윈도우를 이용한 상온, 상압, 고습 환경에서 수소 가스 누출 테스트 시연 사진 ○ 논문명: Naked-eye observation of water-forming reaction on palladium etalon: transduction of gas-matter reaction into light-matter interaction ○ 학술지:포토닉스(PhotoniX) ○ 게재일: 2023.06.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1186/s43074-023-00097-1 ○ 논문저자 - 이종수 박사과정(제1저자/KIST 센서시스템연구센터), - 박유신 선임연구원(교신저자/KIST 센서시스템연구센터) - 유용상 교수(교신저자/고려대학교 바이오의공학과)

- 고순도 수소 정제를 위한 핵심 기술로서 수소 경제 활성화 뒷받침 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지소재연구단 이영수 박사팀(심재혁, 서진유 박사)은 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 정부는 올 1월 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하고 수소를 자동차 연료와 전력생산을 위한 새로운 동력원으로 키우겠다는 장기 계획을 발표했다. 다양한 분야에 수소 연료를 사용하기 위해서는 혼합 가스에서 수소만을 선택적으로 골라내는 분리·정제 기술이 필수적이다. 일부 금속 소재는 원자 상태의 수소만을 통과시키고 그 외 다른 가스는 거의 통과시키지 않아 혼합 가스에서 수소를 분리·정제하기 위한 분리막으로 사용할 수 있다. 우수한 성능의 수소 분리막을 개발하기 위해서는 무엇보다 수소 분리막의 투과도를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 분리막의 수소 투과도는 금속 분리막양단에 수소 압력 차이를 가한 후 시간에 따른 수소 투과량을 측정하여 평가한다. 기존에는 분리막 양단의 압력이 일정하게 유지되는 특수한 조건을 가정하고 투과도를 측정하였다. 그러나, 일반적인 실험조건에서는 수소가 투과되어 나오는 쪽의 압력이 점점 증가하기 때문에 측정된 결과를 신뢰하기 어려웠다. KIST 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 일반적인 실험조건에서도 투과도를 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 연구팀은 압력이 변하는 조건에서의 투과도를 해석하기 위해 수소 분리막 내부에서 시간에 따라 변하는 수소 농도를 시뮬레이션하였다. 그리고 시뮬레이션 결과를 새로운 방식으로 재해석하여 압력이 변하는 조건에서도 정확한 수소 투과도를 얻을 수 있었다. 기존 방식으로 해석한 결과는 실제값과 2~30%이상 차이를 보이는 데 비해 KIST 연구팀이 개발한 방식은 오차범위 1% 내외로 99% 이상의 신뢰도를 보였다. 또한, 추가 실험이나 복잡한 시뮬레이션을 하지 않고 기존 실험 데이터만을 가지고도 압력 변화 상황에서의 투과도를 간단하게 도출하는 방법도 제시하였다. KIST 이영수 박사는 “이번 연구를 통해 금속 수소 분리막의 정확한 특성 평가가 가능해졌으며, 신뢰성 있는 기초 데이터를 바탕으로 다양한 분리막 소재를 개발하는 데 크게 이바지할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST 기관고유사업으로 수행되었다. 해당 성과는 소재 분야 세계적 학술지 ‘Journal of Membrane Science’ (IF: 7.015, JCR 분야 상위 1.72%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) A finite outlet volume correction to the time lag method: The case of hydrogen permeation through V-alloy and Pd membranes - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 이영수 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 심재혁 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 서진유 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (좌) 금속 분리막을 통해 수소가 선택적으로 이동하는 것을 보여주는 모식도 (우) 금속 분리막 내부에서 시간에 따른 수소 원자 농도 분포의 변화를 시뮬레이션한 결과 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 수소투과도 측정 장치 [그림 3] (붉은 점선) Pd 분리막에서 수소 투과 시 시간에 따른 압력 변화의 실험값 (푸른선) 기존 수식을 적용하여 얻은 투과도 (검은선) 본 연구에서 제시한 식으로부터 얻은 투과도로부터 시뮬레이션한 압력 변화값 기존 방식의 경우 예측값이 실제 값보다 2~30% 적게 나오나, 본 연구에서 개발한 식을 적용하였을 때 두 값이 거의 일치하여 신뢰도가 향상되었음을 알 수 있음.

- 고순도 수소 정제를 위한 핵심 기술로서 수소 경제 활성화 뒷받침 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지소재연구단 이영수 박사팀(심재혁, 서진유 박사)은 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 정부는 올 1월 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하고 수소를 자동차 연료와 전력생산을 위한 새로운 동력원으로 키우겠다는 장기 계획을 발표했다. 다양한 분야에 수소 연료를 사용하기 위해서는 혼합 가스에서 수소만을 선택적으로 골라내는 분리·정제 기술이 필수적이다. 일부 금속 소재는 원자 상태의 수소만을 통과시키고 그 외 다른 가스는 거의 통과시키지 않아 혼합 가스에서 수소를 분리·정제하기 위한 분리막으로 사용할 수 있다. 우수한 성능의 수소 분리막을 개발하기 위해서는 무엇보다 수소 분리막의 투과도를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 분리막의 수소 투과도는 금속 분리막양단에 수소 압력 차이를 가한 후 시간에 따른 수소 투과량을 측정하여 평가한다. 기존에는 분리막 양단의 압력이 일정하게 유지되는 특수한 조건을 가정하고 투과도를 측정하였다. 그러나, 일반적인 실험조건에서는 수소가 투과되어 나오는 쪽의 압력이 점점 증가하기 때문에 측정된 결과를 신뢰하기 어려웠다. KIST 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 일반적인 실험조건에서도 투과도를 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 연구팀은 압력이 변하는 조건에서의 투과도를 해석하기 위해 수소 분리막 내부에서 시간에 따라 변하는 수소 농도를 시뮬레이션하였다. 그리고 시뮬레이션 결과를 새로운 방식으로 재해석하여 압력이 변하는 조건에서도 정확한 수소 투과도를 얻을 수 있었다. 기존 방식으로 해석한 결과는 실제값과 2~30%이상 차이를 보이는 데 비해 KIST 연구팀이 개발한 방식은 오차범위 1% 내외로 99% 이상의 신뢰도를 보였다. 또한, 추가 실험이나 복잡한 시뮬레이션을 하지 않고 기존 실험 데이터만을 가지고도 압력 변화 상황에서의 투과도를 간단하게 도출하는 방법도 제시하였다. KIST 이영수 박사는 “이번 연구를 통해 금속 수소 분리막의 정확한 특성 평가가 가능해졌으며, 신뢰성 있는 기초 데이터를 바탕으로 다양한 분리막 소재를 개발하는 데 크게 이바지할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST 기관고유사업으로 수행되었다. 해당 성과는 소재 분야 세계적 학술지 ‘Journal of Membrane Science’ (IF: 7.015, JCR 분야 상위 1.72%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) A finite outlet volume correction to the time lag method: The case of hydrogen permeation through V-alloy and Pd membranes - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 이영수 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 심재혁 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 서진유 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (좌) 금속 분리막을 통해 수소가 선택적으로 이동하는 것을 보여주는 모식도 (우) 금속 분리막 내부에서 시간에 따른 수소 원자 농도 분포의 변화를 시뮬레이션한 결과 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 수소투과도 측정 장치 [그림 3] (붉은 점선) Pd 분리막에서 수소 투과 시 시간에 따른 압력 변화의 실험값 (푸른선) 기존 수식을 적용하여 얻은 투과도 (검은선) 본 연구에서 제시한 식으로부터 얻은 투과도로부터 시뮬레이션한 압력 변화값 기존 방식의 경우 예측값이 실제 값보다 2~30% 적게 나오나, 본 연구에서 개발한 식을 적용하였을 때 두 값이 거의 일치하여 신뢰도가 향상되었음을 알 수 있음.

- 고순도 수소 정제를 위한 핵심 기술로서 수소 경제 활성화 뒷받침 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지소재연구단 이영수 박사팀(심재혁, 서진유 박사)은 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 정부는 올 1월 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하고 수소를 자동차 연료와 전력생산을 위한 새로운 동력원으로 키우겠다는 장기 계획을 발표했다. 다양한 분야에 수소 연료를 사용하기 위해서는 혼합 가스에서 수소만을 선택적으로 골라내는 분리·정제 기술이 필수적이다. 일부 금속 소재는 원자 상태의 수소만을 통과시키고 그 외 다른 가스는 거의 통과시키지 않아 혼합 가스에서 수소를 분리·정제하기 위한 분리막으로 사용할 수 있다. 우수한 성능의 수소 분리막을 개발하기 위해서는 무엇보다 수소 분리막의 투과도를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 분리막의 수소 투과도는 금속 분리막양단에 수소 압력 차이를 가한 후 시간에 따른 수소 투과량을 측정하여 평가한다. 기존에는 분리막 양단의 압력이 일정하게 유지되는 특수한 조건을 가정하고 투과도를 측정하였다. 그러나, 일반적인 실험조건에서는 수소가 투과되어 나오는 쪽의 압력이 점점 증가하기 때문에 측정된 결과를 신뢰하기 어려웠다. KIST 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 일반적인 실험조건에서도 투과도를 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 연구팀은 압력이 변하는 조건에서의 투과도를 해석하기 위해 수소 분리막 내부에서 시간에 따라 변하는 수소 농도를 시뮬레이션하였다. 그리고 시뮬레이션 결과를 새로운 방식으로 재해석하여 압력이 변하는 조건에서도 정확한 수소 투과도를 얻을 수 있었다. 기존 방식으로 해석한 결과는 실제값과 2~30%이상 차이를 보이는 데 비해 KIST 연구팀이 개발한 방식은 오차범위 1% 내외로 99% 이상의 신뢰도를 보였다. 또한, 추가 실험이나 복잡한 시뮬레이션을 하지 않고 기존 실험 데이터만을 가지고도 압력 변화 상황에서의 투과도를 간단하게 도출하는 방법도 제시하였다. KIST 이영수 박사는 “이번 연구를 통해 금속 수소 분리막의 정확한 특성 평가가 가능해졌으며, 신뢰성 있는 기초 데이터를 바탕으로 다양한 분리막 소재를 개발하는 데 크게 이바지할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST 기관고유사업으로 수행되었다. 해당 성과는 소재 분야 세계적 학술지 ‘Journal of Membrane Science’ (IF: 7.015, JCR 분야 상위 1.72%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) A finite outlet volume correction to the time lag method: The case of hydrogen permeation through V-alloy and Pd membranes - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 이영수 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 심재혁 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 서진유 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (좌) 금속 분리막을 통해 수소가 선택적으로 이동하는 것을 보여주는 모식도 (우) 금속 분리막 내부에서 시간에 따른 수소 원자 농도 분포의 변화를 시뮬레이션한 결과 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 수소투과도 측정 장치 [그림 3] (붉은 점선) Pd 분리막에서 수소 투과 시 시간에 따른 압력 변화의 실험값 (푸른선) 기존 수식을 적용하여 얻은 투과도 (검은선) 본 연구에서 제시한 식으로부터 얻은 투과도로부터 시뮬레이션한 압력 변화값 기존 방식의 경우 예측값이 실제 값보다 2~30% 적게 나오나, 본 연구에서 개발한 식을 적용하였을 때 두 값이 거의 일치하여 신뢰도가 향상되었음을 알 수 있음.

- 고순도 수소 정제를 위한 핵심 기술로서 수소 경제 활성화 뒷받침 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지소재연구단 이영수 박사팀(심재혁, 서진유 박사)은 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 정부는 올 1월 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하고 수소를 자동차 연료와 전력생산을 위한 새로운 동력원으로 키우겠다는 장기 계획을 발표했다. 다양한 분야에 수소 연료를 사용하기 위해서는 혼합 가스에서 수소만을 선택적으로 골라내는 분리·정제 기술이 필수적이다. 일부 금속 소재는 원자 상태의 수소만을 통과시키고 그 외 다른 가스는 거의 통과시키지 않아 혼합 가스에서 수소를 분리·정제하기 위한 분리막으로 사용할 수 있다. 우수한 성능의 수소 분리막을 개발하기 위해서는 무엇보다 수소 분리막의 투과도를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 분리막의 수소 투과도는 금속 분리막양단에 수소 압력 차이를 가한 후 시간에 따른 수소 투과량을 측정하여 평가한다. 기존에는 분리막 양단의 압력이 일정하게 유지되는 특수한 조건을 가정하고 투과도를 측정하였다. 그러나, 일반적인 실험조건에서는 수소가 투과되어 나오는 쪽의 압력이 점점 증가하기 때문에 측정된 결과를 신뢰하기 어려웠다. KIST 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 일반적인 실험조건에서도 투과도를 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 연구팀은 압력이 변하는 조건에서의 투과도를 해석하기 위해 수소 분리막 내부에서 시간에 따라 변하는 수소 농도를 시뮬레이션하였다. 그리고 시뮬레이션 결과를 새로운 방식으로 재해석하여 압력이 변하는 조건에서도 정확한 수소 투과도를 얻을 수 있었다. 기존 방식으로 해석한 결과는 실제값과 2~30%이상 차이를 보이는 데 비해 KIST 연구팀이 개발한 방식은 오차범위 1% 내외로 99% 이상의 신뢰도를 보였다. 또한, 추가 실험이나 복잡한 시뮬레이션을 하지 않고 기존 실험 데이터만을 가지고도 압력 변화 상황에서의 투과도를 간단하게 도출하는 방법도 제시하였다. KIST 이영수 박사는 “이번 연구를 통해 금속 수소 분리막의 정확한 특성 평가가 가능해졌으며, 신뢰성 있는 기초 데이터를 바탕으로 다양한 분리막 소재를 개발하는 데 크게 이바지할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST 기관고유사업으로 수행되었다. 해당 성과는 소재 분야 세계적 학술지 ‘Journal of Membrane Science’ (IF: 7.015, JCR 분야 상위 1.72%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) A finite outlet volume correction to the time lag method: The case of hydrogen permeation through V-alloy and Pd membranes - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 이영수 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 심재혁 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 서진유 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (좌) 금속 분리막을 통해 수소가 선택적으로 이동하는 것을 보여주는 모식도 (우) 금속 분리막 내부에서 시간에 따른 수소 원자 농도 분포의 변화를 시뮬레이션한 결과 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 수소투과도 측정 장치 [그림 3] (붉은 점선) Pd 분리막에서 수소 투과 시 시간에 따른 압력 변화의 실험값 (푸른선) 기존 수식을 적용하여 얻은 투과도 (검은선) 본 연구에서 제시한 식으로부터 얻은 투과도로부터 시뮬레이션한 압력 변화값 기존 방식의 경우 예측값이 실제 값보다 2~30% 적게 나오나, 본 연구에서 개발한 식을 적용하였을 때 두 값이 거의 일치하여 신뢰도가 향상되었음을 알 수 있음.

- 고순도 수소 정제를 위한 핵심 기술로서 수소 경제 활성화 뒷받침 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지소재연구단 이영수 박사팀(심재혁, 서진유 박사)은 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 정부는 올 1월 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하고 수소를 자동차 연료와 전력생산을 위한 새로운 동력원으로 키우겠다는 장기 계획을 발표했다. 다양한 분야에 수소 연료를 사용하기 위해서는 혼합 가스에서 수소만을 선택적으로 골라내는 분리·정제 기술이 필수적이다. 일부 금속 소재는 원자 상태의 수소만을 통과시키고 그 외 다른 가스는 거의 통과시키지 않아 혼합 가스에서 수소를 분리·정제하기 위한 분리막으로 사용할 수 있다. 우수한 성능의 수소 분리막을 개발하기 위해서는 무엇보다 수소 분리막의 투과도를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 분리막의 수소 투과도는 금속 분리막양단에 수소 압력 차이를 가한 후 시간에 따른 수소 투과량을 측정하여 평가한다. 기존에는 분리막 양단의 압력이 일정하게 유지되는 특수한 조건을 가정하고 투과도를 측정하였다. 그러나, 일반적인 실험조건에서는 수소가 투과되어 나오는 쪽의 압력이 점점 증가하기 때문에 측정된 결과를 신뢰하기 어려웠다. KIST 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 일반적인 실험조건에서도 투과도를 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 연구팀은 압력이 변하는 조건에서의 투과도를 해석하기 위해 수소 분리막 내부에서 시간에 따라 변하는 수소 농도를 시뮬레이션하였다. 그리고 시뮬레이션 결과를 새로운 방식으로 재해석하여 압력이 변하는 조건에서도 정확한 수소 투과도를 얻을 수 있었다. 기존 방식으로 해석한 결과는 실제값과 2~30%이상 차이를 보이는 데 비해 KIST 연구팀이 개발한 방식은 오차범위 1% 내외로 99% 이상의 신뢰도를 보였다. 또한, 추가 실험이나 복잡한 시뮬레이션을 하지 않고 기존 실험 데이터만을 가지고도 압력 변화 상황에서의 투과도를 간단하게 도출하는 방법도 제시하였다. KIST 이영수 박사는 “이번 연구를 통해 금속 수소 분리막의 정확한 특성 평가가 가능해졌으며, 신뢰성 있는 기초 데이터를 바탕으로 다양한 분리막 소재를 개발하는 데 크게 이바지할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST 기관고유사업으로 수행되었다. 해당 성과는 소재 분야 세계적 학술지 ‘Journal of Membrane Science’ (IF: 7.015, JCR 분야 상위 1.72%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) A finite outlet volume correction to the time lag method: The case of hydrogen permeation through V-alloy and Pd membranes - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 이영수 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 심재혁 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 서진유 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (좌) 금속 분리막을 통해 수소가 선택적으로 이동하는 것을 보여주는 모식도 (우) 금속 분리막 내부에서 시간에 따른 수소 원자 농도 분포의 변화를 시뮬레이션한 결과 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 수소투과도 측정 장치 [그림 3] (붉은 점선) Pd 분리막에서 수소 투과 시 시간에 따른 압력 변화의 실험값 (푸른선) 기존 수식을 적용하여 얻은 투과도 (검은선) 본 연구에서 제시한 식으로부터 얻은 투과도로부터 시뮬레이션한 압력 변화값 기존 방식의 경우 예측값이 실제 값보다 2~30% 적게 나오나, 본 연구에서 개발한 식을 적용하였을 때 두 값이 거의 일치하여 신뢰도가 향상되었음을 알 수 있음.

- 고순도 수소 정제를 위한 핵심 기술로서 수소 경제 활성화 뒷받침 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지소재연구단 이영수 박사팀(심재혁, 서진유 박사)은 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 정부는 올 1월 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하고 수소를 자동차 연료와 전력생산을 위한 새로운 동력원으로 키우겠다는 장기 계획을 발표했다. 다양한 분야에 수소 연료를 사용하기 위해서는 혼합 가스에서 수소만을 선택적으로 골라내는 분리·정제 기술이 필수적이다. 일부 금속 소재는 원자 상태의 수소만을 통과시키고 그 외 다른 가스는 거의 통과시키지 않아 혼합 가스에서 수소를 분리·정제하기 위한 분리막으로 사용할 수 있다. 우수한 성능의 수소 분리막을 개발하기 위해서는 무엇보다 수소 분리막의 투과도를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 분리막의 수소 투과도는 금속 분리막양단에 수소 압력 차이를 가한 후 시간에 따른 수소 투과량을 측정하여 평가한다. 기존에는 분리막 양단의 압력이 일정하게 유지되는 특수한 조건을 가정하고 투과도를 측정하였다. 그러나, 일반적인 실험조건에서는 수소가 투과되어 나오는 쪽의 압력이 점점 증가하기 때문에 측정된 결과를 신뢰하기 어려웠다. KIST 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 일반적인 실험조건에서도 투과도를 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 연구팀은 압력이 변하는 조건에서의 투과도를 해석하기 위해 수소 분리막 내부에서 시간에 따라 변하는 수소 농도를 시뮬레이션하였다. 그리고 시뮬레이션 결과를 새로운 방식으로 재해석하여 압력이 변하는 조건에서도 정확한 수소 투과도를 얻을 수 있었다. 기존 방식으로 해석한 결과는 실제값과 2~30%이상 차이를 보이는 데 비해 KIST 연구팀이 개발한 방식은 오차범위 1% 내외로 99% 이상의 신뢰도를 보였다. 또한, 추가 실험이나 복잡한 시뮬레이션을 하지 않고 기존 실험 데이터만을 가지고도 압력 변화 상황에서의 투과도를 간단하게 도출하는 방법도 제시하였다. KIST 이영수 박사는 “이번 연구를 통해 금속 수소 분리막의 정확한 특성 평가가 가능해졌으며, 신뢰성 있는 기초 데이터를 바탕으로 다양한 분리막 소재를 개발하는 데 크게 이바지할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST 기관고유사업으로 수행되었다. 해당 성과는 소재 분야 세계적 학술지 ‘Journal of Membrane Science’ (IF: 7.015, JCR 분야 상위 1.72%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) A finite outlet volume correction to the time lag method: The case of hydrogen permeation through V-alloy and Pd membranes - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 이영수 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 심재혁 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 서진유 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (좌) 금속 분리막을 통해 수소가 선택적으로 이동하는 것을 보여주는 모식도 (우) 금속 분리막 내부에서 시간에 따른 수소 원자 농도 분포의 변화를 시뮬레이션한 결과 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 수소투과도 측정 장치 [그림 3] (붉은 점선) Pd 분리막에서 수소 투과 시 시간에 따른 압력 변화의 실험값 (푸른선) 기존 수식을 적용하여 얻은 투과도 (검은선) 본 연구에서 제시한 식으로부터 얻은 투과도로부터 시뮬레이션한 압력 변화값 기존 방식의 경우 예측값이 실제 값보다 2~30% 적게 나오나, 본 연구에서 개발한 식을 적용하였을 때 두 값이 거의 일치하여 신뢰도가 향상되었음을 알 수 있음.

- 고순도 수소 정제를 위한 핵심 기술로서 수소 경제 활성화 뒷받침 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지소재연구단 이영수 박사팀(심재혁, 서진유 박사)은 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 정부는 올 1월 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하고 수소를 자동차 연료와 전력생산을 위한 새로운 동력원으로 키우겠다는 장기 계획을 발표했다. 다양한 분야에 수소 연료를 사용하기 위해서는 혼합 가스에서 수소만을 선택적으로 골라내는 분리·정제 기술이 필수적이다. 일부 금속 소재는 원자 상태의 수소만을 통과시키고 그 외 다른 가스는 거의 통과시키지 않아 혼합 가스에서 수소를 분리·정제하기 위한 분리막으로 사용할 수 있다. 우수한 성능의 수소 분리막을 개발하기 위해서는 무엇보다 수소 분리막의 투과도를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 분리막의 수소 투과도는 금속 분리막양단에 수소 압력 차이를 가한 후 시간에 따른 수소 투과량을 측정하여 평가한다. 기존에는 분리막 양단의 압력이 일정하게 유지되는 특수한 조건을 가정하고 투과도를 측정하였다. 그러나, 일반적인 실험조건에서는 수소가 투과되어 나오는 쪽의 압력이 점점 증가하기 때문에 측정된 결과를 신뢰하기 어려웠다. KIST 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 일반적인 실험조건에서도 투과도를 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 연구팀은 압력이 변하는 조건에서의 투과도를 해석하기 위해 수소 분리막 내부에서 시간에 따라 변하는 수소 농도를 시뮬레이션하였다. 그리고 시뮬레이션 결과를 새로운 방식으로 재해석하여 압력이 변하는 조건에서도 정확한 수소 투과도를 얻을 수 있었다. 기존 방식으로 해석한 결과는 실제값과 2~30%이상 차이를 보이는 데 비해 KIST 연구팀이 개발한 방식은 오차범위 1% 내외로 99% 이상의 신뢰도를 보였다. 또한, 추가 실험이나 복잡한 시뮬레이션을 하지 않고 기존 실험 데이터만을 가지고도 압력 변화 상황에서의 투과도를 간단하게 도출하는 방법도 제시하였다. KIST 이영수 박사는 “이번 연구를 통해 금속 수소 분리막의 정확한 특성 평가가 가능해졌으며, 신뢰성 있는 기초 데이터를 바탕으로 다양한 분리막 소재를 개발하는 데 크게 이바지할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST 기관고유사업으로 수행되었다. 해당 성과는 소재 분야 세계적 학술지 ‘Journal of Membrane Science’ (IF: 7.015, JCR 분야 상위 1.72%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) A finite outlet volume correction to the time lag method: The case of hydrogen permeation through V-alloy and Pd membranes - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 이영수 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 심재혁 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 서진유 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (좌) 금속 분리막을 통해 수소가 선택적으로 이동하는 것을 보여주는 모식도 (우) 금속 분리막 내부에서 시간에 따른 수소 원자 농도 분포의 변화를 시뮬레이션한 결과 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 수소투과도 측정 장치 [그림 3] (붉은 점선) Pd 분리막에서 수소 투과 시 시간에 따른 압력 변화의 실험값 (푸른선) 기존 수식을 적용하여 얻은 투과도 (검은선) 본 연구에서 제시한 식으로부터 얻은 투과도로부터 시뮬레이션한 압력 변화값 기존 방식의 경우 예측값이 실제 값보다 2~30% 적게 나오나, 본 연구에서 개발한 식을 적용하였을 때 두 값이 거의 일치하여 신뢰도가 향상되었음을 알 수 있음.

- 고순도 수소 정제를 위한 핵심 기술로서 수소 경제 활성화 뒷받침 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 에너지소재연구단 이영수 박사팀(심재혁, 서진유 박사)은 금속 수소 분리막의 수소 투과도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 정부는 올 1월 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하고 수소를 자동차 연료와 전력생산을 위한 새로운 동력원으로 키우겠다는 장기 계획을 발표했다. 다양한 분야에 수소 연료를 사용하기 위해서는 혼합 가스에서 수소만을 선택적으로 골라내는 분리·정제 기술이 필수적이다. 일부 금속 소재는 원자 상태의 수소만을 통과시키고 그 외 다른 가스는 거의 통과시키지 않아 혼합 가스에서 수소를 분리·정제하기 위한 분리막으로 사용할 수 있다. 우수한 성능의 수소 분리막을 개발하기 위해서는 무엇보다 수소 분리막의 투과도를 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 분리막의 수소 투과도는 금속 분리막양단에 수소 압력 차이를 가한 후 시간에 따른 수소 투과량을 측정하여 평가한다. 기존에는 분리막 양단의 압력이 일정하게 유지되는 특수한 조건을 가정하고 투과도를 측정하였다. 그러나, 일반적인 실험조건에서는 수소가 투과되어 나오는 쪽의 압력이 점점 증가하기 때문에 측정된 결과를 신뢰하기 어려웠다. KIST 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 일반적인 실험조건에서도 투과도를 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 연구팀은 압력이 변하는 조건에서의 투과도를 해석하기 위해 수소 분리막 내부에서 시간에 따라 변하는 수소 농도를 시뮬레이션하였다. 그리고 시뮬레이션 결과를 새로운 방식으로 재해석하여 압력이 변하는 조건에서도 정확한 수소 투과도를 얻을 수 있었다. 기존 방식으로 해석한 결과는 실제값과 2~30%이상 차이를 보이는 데 비해 KIST 연구팀이 개발한 방식은 오차범위 1% 내외로 99% 이상의 신뢰도를 보였다. 또한, 추가 실험이나 복잡한 시뮬레이션을 하지 않고 기존 실험 데이터만을 가지고도 압력 변화 상황에서의 투과도를 간단하게 도출하는 방법도 제시하였다. KIST 이영수 박사는 “이번 연구를 통해 금속 수소 분리막의 정확한 특성 평가가 가능해졌으며, 신뢰성 있는 기초 데이터를 바탕으로 다양한 분리막 소재를 개발하는 데 크게 이바지할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 KIST 기관고유사업으로 수행되었다. 해당 성과는 소재 분야 세계적 학술지 ‘Journal of Membrane Science’ (IF: 7.015, JCR 분야 상위 1.72%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) A finite outlet volume correction to the time lag method: The case of hydrogen permeation through V-alloy and Pd membranes - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 이영수 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 심재혁 책임연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 서진유 책임연구원 <그림설명> [그림 1] (좌) 금속 분리막을 통해 수소가 선택적으로 이동하는 것을 보여주는 모식도 (우) 금속 분리막 내부에서 시간에 따른 수소 원자 농도 분포의 변화를 시뮬레이션한 결과 [그림 2] KIST 연구진이 제작한 수소투과도 측정 장치 [그림 3] (붉은 점선) Pd 분리막에서 수소 투과 시 시간에 따른 압력 변화의 실험값 (푸른선) 기존 수식을 적용하여 얻은 투과도 (검은선) 본 연구에서 제시한 식으로부터 얻은 투과도로부터 시뮬레이션한 압력 변화값 기존 방식의 경우 예측값이 실제 값보다 2~30% 적게 나오나, 본 연구에서 개발한 식을 적용하였을 때 두 값이 거의 일치하여 신뢰도가 향상되었음을 알 수 있음.