수전해 내구 수치를 읽는 법 - 운전 시간, 열화율, 시험 조건에서 확인할 것 (2026)
안녕하세요, HydroXpand입니다. 이번 글에서는 수전해 스택을 검토하는 분들이 가장 자주 묻는 질문 가운데 하나인 「이 스택은 몇 시간 가나요」를 다룹니다.
이 질문에는 대개 숫자 하나로 답이 돌아옵니다. 2,000시간, 5,000시간, 1만 시간. 그런데 내구 자료에 적힌 운전 시간은 스택을 사용할 수 있는 시간보다 실제로 시험한 시간을 나타내는 경우가 많습니다. 시험을 멈춘 시점에 셀이 아직 정상 범위였는지, 이미 쓰기 어려운 상태였는지는 시간만 보고 알 수 없습니다.
저희가 다른 회사의 내구 자료를 읽을 때, 그리고 저희 자료를 설명할 때 확인하는 순서를 정리했습니다.
내구 수치를 읽을 때의 핵심 사항
운전 시간은 시험을 종료한 이유, 종료 시점의 셀 전압과 함께 보십시오. 시간만으로는 셀의 상태를 알 수 없습니다.
서로 비교할 때는 열화율을 보십시오. 운전 시간이 서로 달라도 셀 전압이 오르는 속도는 비교할 수 있습니다. 단, 같은 조건에서 측정한 값끼리 비교합니다.
열화율을 어느 구간에서 계산했는지 확인하십시오. 초기 안정화 구간을 넣었는지, 전 구간인지 후반만인지에 따라 값이 달라집니다.
시험에 사용한 셀의 막과 운전 조건을 확인하십시오. 같은 전극이라도 막이나 운전 조건이 바뀌면 결과가 크게 달라집니다.
1. 운전 시간이 말하는 것과 말하지 않는 것
내구 자료의 운전 시간은 시험 시작부터 종료까지의 시간입니다. 시험을 종료하는 이유는 다양합니다. 셀 전압이 지나치게 올랐거나, 예정한 시험 기간이 끝났거나, 설비를 다른 시험에 써야 하는 경우 등입니다. 첫 번째 경우라면 그 시간이 수명에 가깝지만, 나머지 경우에는 셀을 더 운전할 수 있었는지 알 수 없습니다.
수명을 시간으로 말하려면 「셀 전압이 얼마나 오르면 끝으로 보는가」라는 종료 기준이 먼저 있어야 합니다. 이 기준은 공급사마다 다르고, 자료에 적혀 있지 않은 경우가 많습니다. 종료 기준 없이 적힌 시간은 시험 기록으로 읽으시면 됩니다.
연속 운전인지 누적 운전인지도 확인하십시오. 연속 운전 시간은 정지 없이 운전한 시간이고, 누적 운전 시간은 정지와 재기동 사이의 각 운전 시간을 합한 값입니다. 같은 셀이라도 두 숫자는 다르게 나오고, 정지와 재기동이 셀에 주는 부담도 따로 있습니다.
2. 열화율(µV/h)을 읽는 법
열화율은 같은 전류로 운전할 때 셀 전압이 시간당 얼마나 오르는지를 나타낸 값입니다. 열화율은 대개 셀당 값으로 나타내며, 단위는 시간당 마이크로볼트(µV/h)를 씁니다. 운전 시간이 달라도 이 속도는 비교할 수 있어서, 내구 자료를 서로 비교할 때는 시간보다 열화율을 봅니다.
계산 예를 하나 들겠습니다. 아래 숫자는 설명을 위해 정한 값이며 저희 측정값이 아닙니다.
가정 | 값 |
|---|---|
셀당 열화율 | 20 µV/h |
1,000시간 뒤 셀 전압 상승 | 20 mV |
개시 셀 전압 1.65 V일 때 효율(HHV) | 약 89.7% |
1,000시간 뒤 셀 전압 1.67 V일 때 효율(HHV) | 약 88.6% |
열화율이 작더라도 운전 시간이 길어지면 효율이 낮아지고, 그만큼 운전 기간 동안의 전력비가 늘어납니다.
열화율 자료를 받으면 단위부터 확인하십시오. 셀 23장을 쌓은 스택에서 셀당 20 µV/h는 스택 전체로 약 0.46 mV/h입니다. 셀당인지 스택 전체인지, µV/h인지 mV/h인지에 따라 같은 결과가 많게는 천 배 다른 숫자로 보입니다.
다음은 계산 구간입니다. 새로 조립한 셀은 운전 초기에 전압이 크게 변하다가 안정됩니다. 이 초기 구간을 빼고 후반 구간만 떼어 계산하면 열화율이 작게 나오고, 초기 구간까지 넣어 전 구간으로 계산하면 크게 나옵니다. 두 값 모두 계산 자체에 오류가 있는 것은 아니지만, 계산 구간이 다르므로 그대로 비교해서는 안 됩니다. 열화율은 대개 일정한 전류로 운전하면서 기록한 셀 전압으로 계산하므로, 부하를 바꿔 가며 운전한 기록이라면 같은 방식의 값인지도 확인하십시오. 열화율 숫자를 볼 때의 요점은 AEM 수전해 검증 수준을 다룬 글에도 정리해 두었습니다.
3. 시험 조건을 함께 받아야 하는 이유
열화율도 효율처럼 조건에 따라 달라집니다. 전류밀도를 높이면 열화가 빨라지는 경우가 많고, 온도와 전해질 농도, 출구 압력도 결과에 영향을 줍니다. 단전지로 시험한 결과와 셀을 여러 장 쌓은 스택으로 시험한 결과도 다릅니다. 스택에서는 셀마다 전해액 분배와 체결 상태가 조금씩 달라서, 가장 약한 셀이 스택 전체의 운전 한계를 정하는 경우가 많습니다.
그래서 내구 자료를 받을 때는 다음 조건을 함께 받으십시오.
확인 항목 | 왜 필요한가 |
|---|---|
운전 방식과 전류밀도 | 정전류인지, 어느 전류밀도인지에 따라 열화 속도가 다릅니다 |
온도, 전해질 종류와 농도 | 같은 셀도 조건이 바뀌면 열화 속도가 달라집니다 |
출구 압력 | 가압 운전의 장기 거동은 상압과 따로 확인해야 합니다 |
셀 면적과 셀 수 | 단전지와 스택의 결과는 직접 비교할 수 없습니다 |
막과 전극 구성 | 내구 수치는 부품 하나가 아니라 셀 전체의 결과입니다 |
연속인지 누적인지 | 정지와 재기동의 영향이 결과에 반영됩니다 |
계산 구간과 시험 종료 시점의 셀 전압 | 열화율의 크기와 셀의 최종 상태를 함께 봐야 합니다 |
4. 운전 시간은 전류밀도·셀 전압과 함께 봅니다
같은 운전 시간이라도 어느 전류밀도와 셀 전압에서 운전했는지에 따라 의미가 다릅니다. 공개된 AEM 내구 문헌 가운데 약 8,900시간(1년 이상)을 운전한 기록이 있습니다. 이 시험은 0.2 A/cm²에서 진행되었고, 셀 전압은 1.92 V에서 시작해 시간당 약 18 µV씩 올랐습니다(Moreno-González 외, Journal of Power Sources Advances 19, 2023).
HydroXpand 양극(HXP-an)과 PiperION 80 µm 막으로 만든 16 cm² 2셀 쇼트스택은 0.625 A/cm²에서 6,358시간을 운전했고, 그동안 셀 전압은 1.893 V에서 1.979 V로 올랐습니다. 두 기록은 전류밀도가 세 배 이상 다르므로 운전 시간만으로 비교할 수 없습니다. 두 시험은 연구 기관과 막, 전해질, 온도도 모두 달라서, 이 비교는 숫자를 읽는 방법을 보여 드리기 위한 예시입니다. 문헌 기록별 조건은 양극 내구 기술노트에 정리해 두었습니다.
(2026년 10월 11일 정정: 이전 판에서 8,900시간 기록의 시험 조건을 「0.6 A/cm², 2.89 V로 종료」로 잘못 적었습니다. 논문 원문 기준으로 바로잡았습니다.)
5. 어떤 셀의 결과인지 확인합니다
위의 6,358시간은 양극만의 내구성을 나타내는 결과가 아닙니다. 같은 양극을 사용하고 막만 바꾼 쇼트스택 시험에서는 운전 시간이 1,234시간으로, 두 시험의 운전 시간은 다섯 배 차이가 났습니다.
그래서 전극이나 막 하나의 내구 수치를 다른 구성의 셀에 그대로 옮겨 쓰면 안 됩니다. 전극을 구매해 직접 셀을 제작하시는 경우라면, 공급사가 내구 시험에 사용한 셀의 막과 운전 조건부터 확인하십시오. 두 시험의 자세한 조건은 같은 기술노트에 정리해 두었습니다.
6. 저희가 공개하는 내구 수치와 아직 확인하지 못한 것
저희 2 kW 스택(HXS-2)은 0.3 M KOH, 40 °C, 50 A 조건에서 누적 3,000시간 이상 운전했습니다. 이 수치는 지금까지 측정한 누적 운전 시간이며, 스택의 운전이 끝난 시점을 뜻하지는 않습니다. 운전 중간에 정지와 재기동이 있어 누적 시간으로 적습니다. 시험 조건과 셀 전압 기록은 HXS-2 내구 기술노트에 공개해 두었습니다.
아직 확인하지 못한 것도 함께 적습니다.
수명을 시간으로 환산한 값은 제시하지 않습니다. 셀 전압 상승으로 수명 종료 기준을 정하고, 그 기준에 따라 시험을 종료한 적이 아직 없기 때문입니다.
기동과 정지를 반복하는 운전의 장기 영향은 아직 전용 시험을 하지 않았습니다. 사내 시험에서 기동과 정지를 반복하면서 특별한 문제를 겪지는 않았지만, 반복 횟수에 따른 열화를 측정한 자료는 없습니다.
정지 기간에 생기는 열화도 아직 전용 시험을 하지 않았습니다. 장비를 오래 정지 상태로 두는 용도라면 이 점을 감안해 운전 계획을 세우시기를 권합니다.
내구 자료를 받았을 때 확인할 일곱 가지
운전 시간이 연속인지 누적인지
시험을 종료한 이유와 종료 시점의 셀 전압
열화율이 셀당 값인지 스택 전체 값인지, 단위가 µV/h인지 mV/h인지
열화율을 계산한 구간(초기 안정화 포함 여부)
운전 방식과 전류밀도, 온도, 전해질 농도, 압력
단전지인지 스택인지, 셀 면적과 셀 수
막과 전극 구성
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자주 묻는 질문 (FAQ)
누적 3,000시간 이상이면 3,000시간마다 스택을 교체해야 하나요?
3,000시간은 저희가 지금까지 측정한 운전 시간이고 교체 주기와는 다릅니다. 교체 시점은 셀 전압이 얼마나 올랐는지와 용도에서 허용하는 효율 저하를 함께 보고 정합니다.
열화율이 낮으면 오래 운전할 수 있는 스택인가요?
같은 조건과 같은 계산 구간에서 얻은 값끼리 비교했을 때만 그렇게 말할 수 있습니다. 후반 구간만 떼어 계산한 열화율은 전 구간으로 계산한 값보다 작게 나오므로, 계산 구간을 먼저 확인하십시오.
단전지 내구 시험 결과로 스택 수명을 판단해도 되나요?
참고는 되지만 그대로 옮길 수는 없습니다. 스택에서는 셀마다 전해액 분배와 체결 상태가 다르고, 가장 약한 셀이 스택 전체의 운전 한계를 정하는 경우가 많습니다. 스택 수준의 시험 기록을 함께 확인하십시오.
기동과 정지를 자주 반복하는 용도에서도 같은 내구 수치를 기대할 수 있나요?
기동과 정지를 반복하는 운전에 대한 저희 전용 시험 자료는 아직 없습니다. 사내 시험에서 특별한 문제를 겪지는 않았지만, 횟수에 따른 영향을 수치로 말씀드릴 수는 없습니다. 운전 패턴을 알려 주시면 확인된 범위와 확인되지 않은 범위를 나눠 설명해 드립니다.