첨단 진단 솔루션 분야의 선도 기업 펄세닉스(Pulsenics)는 영국 기반의 저명한 전해조 개발사 클린 파워 하이드로젠(CPH2)과 협력하여 혁신적인 무막 전해조를 통해 친환경 수소 생산의 산업화를 가속화하기로 했다.
펄스닉스의 독자적인 임피던스 기반 셀 및 스택 테스트 기술을 활용함으로써, CPH2는 기존에 필요했던 파괴적·수동적 평가 방법 없이도 막 없는 전해조의 성능에 대한 귀중한 통찰력을 확보하게 되었습니다.
CPH2 연구개발부 실험실 책임자인 브리디 헥스비와의 심층 인터뷰에서, 우리는 막 없는 전기분해의 한계를 넓히는 이 공동 노력의 혁신적 성격과 영향력에 대해 논의합니다.
왜 막 없는 전기분해를 선택하는가?
막 없는 전해조는 CPH2의 핵심 제품으로, 전해조 플랜트의 핵심을 이루고 있습니다. 당사가 개발 중인 전해조는 혁신적이며, 연구 개발의 진전에 따라 규모 확대 시 더 긴 수명과 더 효율적인 에너지 소비를 실현할 잠재력을 지니고 있습니다.
"저희 팀은 전해조 스택에 영향을 미치는 다양한 재료, 부품 및 매개변수 계층을 정밀하게 조정하는 데 주력하고 있습니다. 이를 통해 산업계에서 대량 채택에 필요한 가격대에서 성능, 효율성 및 내구성 목표를 달성하고자 합니다."라고 헥스비가 설명합니다.
CPH2의 전해조 성능 및 경제성 최적화를 위한 핵심 지표
우리 전해조의 성능 향상은 스택의 전류 밀도 최적화를 중심으로 이루어지며, 이는 전해조 셀 플레이트의 동일 표면적에 적용되는 전류를 증가시킬 수 있음을 의미합니다.
더 높은 전류 밀도는 동일한 스택 부품으로 더 많은 수소와 산소를 생산함을 의미하며, 이는 고객사의 자본 지출을 절감합니다. 동일한 작동 온도를 유지하면서도 전류 밀도를 높일 수 있다면, 고객사의 에너지 소비를 낮출 수 있으며 전해 공장의 운영 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
전류 밀도 향상은 스택의 단기 및 장기 성능에 대한 다양한 설계 선택지를 조사하는 집중적인 연구 개발 과정입니다. 우리는 다양한 재료, 구성 요소, 작동 전류, 전압, 온도, 압력, 유속 등 수많은 매개변수의 영향을 고려해야 합니다. 또한 실제 운영 조건에서 이러한 각 매개변수를 평가하여 배치 환경에서의 성능을 검증하는 것이 중요합니다.
펄스닉스와의 협력
산업으로서 우리는 수십 년을 들여 시행착오를 통해 전기분해 장치의 규모 확대 및 운영 최적화 방법을 배울 여유가 없습니다. 향후 5년 내에 기가와트급 용량을 구축해야 하는 임무를 맡고 있습니다!
산업 연구개발 팀이 전해조 성능에 미치는 설계 선택의 영향을 평가하려면 항상 수천 시간 동안 연구개발 스택을 가동해야 했으며, 결국 오프라인으로 전환하고 분해하여 실험실 기반 분석 도구를 사용해 성능 지표를 평가해야 했습니다.
우리는 전해조의 성능 평가가 정량화 가능하고, 실시간이며, 비파괴적이고, 신속해야 한다는 철학을 공유하기 때문에 Pulsenics와 협력을 시작했습니다!
우리는 함께 초기 종합 테스트 프로그램을 개발하여, 전해질 유속, 전해질 농도, 전극 간격, 작동 온도 및 작동 전류가 스택 성능에 미치는 영향에 대한 결정적인 통찰력을 도출해냈습니다. 이 모든 것이 일주일도 채 걸리지 않은 테스트 기간 내에 이루어졌습니다! 기존 평가 방법을 사용했다면 이러한 테스트를 수행하는 데 원래는 수개월이 소요되었을 것입니다!
임피던스 기반 스택 테스트로부터 얻은 통찰
저항 기반 스택 테스트를 프로그램에 도입한 목적은 명확했습니다: 전해조 내 각 셀 내부에서 전극과 전해질의 거동을 더 깊이 이해하기 위함이었습니다. 셀 간 성능 변화에 기여하는 요인을 규명하는 것은 지속적인 연구 초점이었으며, Pulsenics와의 테스트를 통해 이를 달성할 수 있었습니다.
펄스닉스를 통해 우리는 셀 내 각 구성 요소의 성능 데이터를 추출할 수 있었는데, 이는 이전에는 얻을 수 없었던 데이터입니다. 펄스닉스는 전해조가 실제 작동 조건을 경험하는 동안 이 데이터를 획득할 수 있게 해주었으며, 이를 통해 양극판 간격, 전해액 농도 및 전해액 유속이 각 셀의 성능에 미치는 영향을 정량화할 수 있었습니다. Pulsenics 소프트웨어를 활용하면 방대한 데이터 세트를 신속하게 분석할 수 있어 수개월에 걸친 데이터 분석 시간을 절약합니다. CPH2는 이 데이터를 활용하여 설계 개선을 지속적으로 추진함으로써 효율성과 수명이 향상된 더욱 내구성 있는 스택을 구현하고 있습니다.
앞으로의 전망 - 속도와 확실성으로 전해 기술을 발전시키다
펄세닉스와의 협력은 산업의 전기화를 향한 혁신적 발전을 이루는 데 있어 협업의 힘을 증명합니다.
펄세닉스의 임피던스 기반 테스트는 규모 확대 및 운영 결정에 더 빠른 속도와 확실성을 제공합니다!
우리는 공동으로 애플리케이션 요구사항에 대한 다양한 설계 고려사항의 성능을 벤치마킹했으며, 멤브레인 없는 전기분해의 한계를 함께 넘어서기 위한 지속적인 협력을 기대합니다.
브리디 헥스비 소개 - CPH2 실험실 관리자
브리디는 2020년 3월 실험실 기술자로 CPH2에 합류했으며, 수석 화학자 및 수석 과학자 등의 직책을 역임했습니다. 그녀는 2022년 8월 현재 직책인 실험실 감독관으로 승진했습니다.
브리디는 CPH2에서 모든 부서 활동을 관리하며, 여기에는 막 없는 전해조 스택 성능, 효율성, 가스 건조 및 극저온 분리 후 순도 측정을 위한 시험 일정 수립이 포함됩니다. 시험 결과 분석 및 발표, 과학적 개념에 대한 지속적인 연구 역시 주요 책임입니다. 브리디는 스택 제작 및 시험, 기타 실험실 기반 시험 및 연구에 깊이 관여하고 있습니다. www.cph2.com
펄스닉스 소개
펄세닉스는 혁신적인 임피던스 분광법 및 데이터 솔루션을 통해 전기화학 기술의 산업화를 가능케 합니다. 실시간 성능 진단을 도입함으로써, 펄세닉스는 가동 중단 없이도 전기화학 시스템의 내부 상태를 모니터링할 수 있게 합니다. 분광법을 활용하여 펄세닉스는 가동 중인 전기화학 시스템 내부에서 변화하는 전극, 막 및 전해질 상태를 비파괴적으로 모니터링할 수 있으며, 이는 내구성, 효율성 및 신뢰성 향상을 이끌어냅니다. 산업 리더들과의 협력을 통해 펄세닉스는 더욱 신뢰할 수 있고 효율적인 전기화학 산업을 향한 길을 열어가고 있습니다. www.pulsenics.com
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