마침내 46셀, 30 kW급 풀스택을 구동했습니다

대면적 단셀에서 시작해 5셀, 15셀을 거쳐, 마침내 46셀 풀스택을 구동했습니다. HydroXpand가 개발해 온 30 kW급 HXS-30이 전체 셀을 쌓은 구성으로 운전에 들어갔습니다.

9월 18일 초기 시험을 시작했고, 9월 22일부터 약 360 A에서 장기구동 기록을 쌓았습니다. 이번에 분석한 96.7시간, 약 나흘 동안 기록상 통전 중단은 없었습니다. 소수의 셀에서 확인한 결과를 풀스택 운전으로 이어냈다는 점에서, 우리 팀에게 중요한 이정표입니다.

이제 46셀에서 얻은 실제 운전 데이터를 놓고 다음 개선을 진행할 수 있게 됐습니다. 이번 노트에는 여기까지 온 과정과 첫 장기구동 결과, 그리고 앞으로 풀어야 할 과제를 함께 담았습니다.

1. 단셀에서 시작한 개발이 46셀 풀스택에 도달했다

대면적 셀의 첫 결과는 이미 판매하던 2 kW 스택보다 좋지 않았습니다. 접촉저항 문제를 짚고 기계 설계를 개선하면서 5셀, 15셀로 시험 규모를 늘려 왔습니다.

지난 기술 노트에서는 15셀 쇼트스택을 360 A로 293시간 구동한 결과를 공개했습니다. 이번에는 셀을 46개로 늘린 풀스택입니다. 셀프레임도 PPS 사출 V1에서 V2로 변경했습니다.

46셀 스택은 9월 17일 조립했고, 9월 18일 초기 통전 시험을 시작했습니다. 9월 22일 장기구동 기록으로 전환할 때 해체하거나 다시 조립하지 않았습니다. 이 글에서 다루는 구간의 시작은 장기구동 기록의 시작 시각이며, 스택의 최초 통전 시각과는 다릅니다.

이번 기록의 범위는 9월 22일 15:30:35부터 9월 26일 16:09:59까지, 96.6568시간입니다. 시각은 모두 한국시간입니다.

전류밀도는 HXS-2는 79 cm², HXS-30은 512 cm²를 기준으로 환산했습니다. 46셀 초기 곡선은 15셀 곡선과 가까운 위치에 놓이고, 0.23~0.71 A/cm²에서 HXS-2 곡선과 셀당 −9~+3 mV 안에 있습니다. 다만 5셀은 온도가 다르고, HXS-2·15셀·46셀도 셀 면적이나 셀프레임 같은 하드웨어가 같지 않으므로 곡선 간 차이를 셀 수 증가에 따른 성능 변화로 단정하지 않습니다.

HXS-2는 2026년 7월 31일 측정한 0.1 M KOH·50 °C·상압 자료입니다. 15셀도 0.1 M KOH·50 °C·상압에서 측정했습니다. 5셀은 60 °C이며 전해질 농도는 기록에서 확인되지 않았습니다. 46셀은 0.1 M KOH·50 °C·상압 조건입니다. 5셀·15셀은 개발 이력을 보여주는 자료이며 현재 판매하는 46셀 제품의 사양을 대신하지 않습니다.

46셀 곡선은 2026년 9월 18일 초기 시험에서 측정했습니다. 9월 22일부터의 96.7시간 장기구동 기록보다 앞선 별도 측정이며, 장기구동 종료 후의 성능 곡선은 아닙니다.

2. 시험 조건

전해질 농도와 스택 구성은 연구자 확인 기록을 기준으로 했습니다. 50 °C는 설정 조건입니다. 실제 입구 온도의 시간가중 평균은 약 50.0 °C, 출구는 약 51.0 °C였습니다.

스택에 들어간 전력은 전류와 스택 전압을 곱해 계산하면 27.53–29.13 kW였습니다. 이 값은 스택의 전기 입력이며, 전원장치 손실이나 펌프·칠러 등 보조장치의 소비전력을 포함하지 않습니다.

3. 46셀을 쌓고, 약 나흘의 운전을 이어냈다

46셀을 조립해 첫 전류를 흘린 뒤, 약 나흘에 걸친 장기구동 기록까지 확보했습니다. 15셀에서 3배 이상으로 늘어난 셀 수를 가진 스택이 약 360 A에서 운전을 이어갔고, 전해질 입구 온도의 시간가중 평균은 50.0 °C였습니다. 풀스택과 이를 운전하는 순환·냉각 설비가 함께 작동하는 결과를 얻었습니다.

전체 기록에서 전류가 5 A 이하로 내려간 행은 없었습니다. 기록 사이의 가장 긴 간격은 13.737초였습니다. 따라서 이번 자료에서는 통전 중단이 관측되지 않았다고 말할 수 있습니다. 다만 기록 간격보다 짧은 순간 정지까지 배제하는 것은 아닙니다.

이번 96.7시간은 9월 22일 이후의 장기구동 구간만 집계한 값입니다. 앞선 초기 시험 시간은 포함하지 않았습니다.

4. 풀스택에서 확인한 전압과 셀별 분포

장기구동 기록의 첫 스택 전압은 76.28 V, 마지막은 81.00 V였습니다. 46으로 나눈 셀당 환산 전압은 1.658 → 1.761 V로 증가했습니다. 처음과 마지막의 차이는 셀당 약 103 mV입니다.

셀별 전압을 보면 변화가 더 분명해집니다. 기록 시작 시점의 46셀 최대·최소 차이는 33.7 mV, 종료 시점에는 74.3 mV였습니다. 전체 구간에서 가장 큰 차이는 77.4 mV였습니다.

46개 셀 전압 채널은 전체 기록에서 모두 값을 남겼습니다. 하지만 셀 간 차이가 처음과 같게 유지된 것은 아닙니다. 평균 전압이 올라가는 동안 분포도 넓어졌고, 두 변화를 함께 추적해야 합니다.

스택 전체 전압과 개별 셀 전압은 서로 다른 측정 채널입니다. 위 표의 ‘스택 전압 ÷ 46’은 셀별 측정값의 산술평균과 정확히 같은 값으로 취급하지 않았습니다.

5. 다음 개선의 초점은 전압 상승률이다

96.7시간의 전체 기록에 직선 하나를 맞추면, 스택 전압을 46으로 나눈 값의 상승률은 약 1,027 µV/h/셀입니다. 샘플 간격이 일정하지 않은 점을 확인하기 위해 5분 구간별 평균에 같은 계산을 적용하면 약 1,022 µV/h/셀로, 결과는 비슷했습니다.

지난 15셀 노트에서 공개한 293시간 전체 구간의 값은 540 µV/h/셀이었습니다. 이번 초기 구간의 기울기는 그보다 큽니다. 다만 시험 길이와 셀프레임 등이 다르므로, 이 차이를 셀 수 증가의 영향으로만 해석할 수는 없습니다.

이번 값은 초기 96.7시간에서 관측한 전압 상승률입니다. 장기 열화율이나 수명 예측값으로 확정하려면 더 긴 시간의 기록과 원인 분석이 필요합니다. 현재 자료만으로 초기 안정화와 지속적인 성능 저하의 기여를 구분할 수 없습니다.

가스 분석 채널도 함께 기록했습니다. 산소 중 수소 채널은 0.21–0.23% 범위였고, 수소 중 산소 채널은 마지막에 407.6 ppm을 표시했습니다. 다만 분석기 교정과 값의 갱신 상태는 이번 자료에서 확인되지 않았습니다. 수소 중 산소 채널에는 1,000 ppm에 머무는 구간도 있어, 그 값이 측정 상한인지 확인해야 합니다. 이 기록만으로 가스 순도나 품질 적합성을 확정하지 않습니다.

6. 풀스택 구동을 출발점으로, 더 긴 운전으로

처음 대면적 셀에서 기대에 못 미치는 결과를 얻었던 때부터, 한 단계씩 설계를 고치고 셀 수를 늘려 왔습니다. 그 과정이 이번 46셀 풀스택의 구동으로 이어졌습니다. 우리 팀은 30 kW급 풀스택을 직접 조립하고, 약 나흘의 운전 기록을 확보하는 단계까지 왔습니다.

이 성과를 바탕으로 다음에 개선할 항목도 구체적으로 확인했습니다. 전압 상승률이 시간에 따라 달라지는지, 셀 간 차이가 더 벌어지는지, 같은 조건의 다음 시험에서 결과가 재현되는지를 확인해야 합니다. 이번 결과는 한 대의 스택에서 얻은 초기 운전 기록이며, 장기 내구성 검증은 이어가야 합니다.

단셀에서 46셀까지 왔습니다. 이제 이 풀스택을 더 오래, 더 낮은 전압으로 운전하는 것이 다음 목표입니다.

분석 기준: 2026년 9월 26일 16:09:59 KST까지 추출한 장기구동 DB 기록. 이후의 실시간 순간값은 본문 수치에 섞지 않았습니다. 시간가중 평균은 인접 측정값 사이를 선형으로 연결해 적분한 값입니다.