중국의 기후 변화 대응 및 녹색 저탄소 경제로의 전환을 위한 지속적인 노력에서 3060 목표(2030년까지 탄소 정점 및 2060년까지 탄소 중립)는 중요한 전략을 나타냅니다. 이 약속은 중국의 장기 환경 목표에 필수적이며 글로벌 탄소 중립 노력의 초석 역할을 합니다. 이 전략의 중요한 측면은 특히 물 전해에 의한 수소 생산을 통한 청정 수소 생산 방법의 개발 및 구현입니다. 녹색 수소를 생산하는 주요 방법 중 하나인 물 전해는 국가의 야심찬 탄소 감축 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 전해 셀 전압에 의해 크게 영향을 받는 전해를 통한 수소 생산의 효율성은 여러 요인에 의해 영향을 받습니다. 이 기사에서는 전해 셀 전압에 영향을 미치는 요인과 수소 생산에서 다이어프램 재료의 중요한 역할을 탐구할 것입니다.
전해 셀 전압에 영향을 미치는 요인
1. 막 구조
전해 셀 전압을 결정하는 데 가장 영향력 있는 요인 중 하나는 전해 과정에서 사용되는 막 구조입니다. 막은 음극과 양극 사이의 장벽 역할을 하여 생성된 수소와 산소 가스를 분리합니다. 전해 과정에 영향을 미치는 여러 막 특성에는 재료, 두께, 다공성 및 표면 특성이 포함됩니다. 저항이 낮은 고품질 막은 이온 흐름을 용이하게 하여 전해 셀 전압을 줄입니다. 이온 전도성이 더 나은 막 재료는 이온의 이동을 보다 효과적으로 촉진하여 전해 과정의 에너지 요구를 줄입니다.
2. 전류 밀도
전류 밀도, 즉 주어진 전해질 면적을 통과하는 전류의 양은 전해 셀 전압에 직접적인 영향을 미칩니다. 전류 밀도가 증가함에 따라 전해 셀 전압도 일반적으로 증가합니다. 이러한 전압 상승은 오믹 저항, 분극 저항 및 시스템 내 열 발생과 같은 요인에 기인합니다. 높은 전류 밀도는 이러한 저항으로 인한 상당한 에너지 손실을 초래할 수 있으며, 이는 전해 과정을 유지하기 위해 더 높은 전압이 필요하게 만듭니다.
3. 수산화칼륨 농도
물 전해에 사용되는 전해질은 종종 수산화칼륨(KOH) 용액입니다. KOH의 농도는 전해질의 전도성을 결정하는 데 중요한 역할을 하며, 이는 전해 셀 전압에 영향을 미칩니다. KOH 농도가 높을수록 일반적으로 전도성이 향상되어 셀의 저항이 감소하고 필요한 전압이 낮아집니다. 일반적으로 알칼리 전해 시스템에서는 약 30%의 KOH 농도가 유지됩니다. 농도가 너무 낮으면 저항이 증가하고 이온 흐름 부족을 보상하기 위해 셀 전압이 상승해야 합니다.
4. 전극 간격
음극과 양극 사이의 거리는 전해 셀 전압에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요인입니다. 전극 간의 간격이 넓어지면 이온 이동 경로가 길어져 전해질의 저항이 증가하고 결과적으로 전해 과정을 구동하는 데 필요한 전압이 증가합니다. 전극 간의 적절한 간격은 전기장의 균일한 분포를 보장하고 전압 안정성에 대한 부정적인 영향을 최소화합니다. 전극 간격이 불충분하면 국부적으로 높은 저항 영역이 발생하여 더 높은 전압 요구를 초래할 수 있습니다.
5. 가성소다 순환량
전해질, 즉 가성소다의 전극 주위 순환은 전해 셀 전압에 영향을 미치는 또 다른 중요한 매개변수입니다. 적절한 순환은 전극 표면 근처의 이온 농도가 균일하게 유지되도록 하여 효율적인 전해를 촉진합니다. 순환량이 충분하지 않으면 전해질이 전극 근처에서 이온이 고갈될 수 있어 셀 전압이 증가합니다. 또한, 순환이 불량하면 전극 표면 주위에 반응 생성물이 축적되어 전해질과 전극 간의 접촉을 방해하여 필요한 전압이 증가합니다.
6. 온도
온도는 전해 셀 전압에 중요한 역할을 합니다. 온도가 상승하면 전해질의 점도가 감소하여 이온이 더 자유롭게 이동할 수 있게 되고 전해질의 전기 전도성이 향상됩니다. 이는 시스템의 저항을 낮추고 필요한 전압을 줄입니다. 그러나 지나치게 높은 온도는 막의 가속화된 열화, 가스 발생 비효율성 및 시스템 불안정성과 같은 원치 않는 부작용을 초래할 수 있습니다. 따라서 효율적인 전해를 보장하고 시스템 손상을 방지하기 위해 최적의 온도 범위를 유지하는 것이 중요합니다.
7. 가성소다의 불순물
전해질에 존재하는 불순물은 용액의 이온 전도성을 변화시키고 전해 셀 전압에 영향을 미칠 수 있습니다. 불순물은 전극에서 부반응에 참여하거나 막을 오염시켜 효율성을 감소시키고 전압을 증가시킬 수 있습니다. 가성소다의 일반적인 불순물에는 금속 이온, 유기 화합물 및 전극 또는 막 재료의 오염 물질이 포함됩니다. 이러한 불순물은 의도된 전기화학 반응을 방해하고 전해질의 저항을 증가시켜 공정을 유지하기 위해 더 높은 전압이 필요합니다.
8. 전극 활성 코팅
백금이나 이리듐과 같은 귀금속을 포함하는 전극 코팅은 전기화학 반응에 필요한 전압을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 코팅은 전극의 활성화를 향상시켜 반응이 보다 효율적으로 진행되도록 합니다. 전극에서의 촉매 활성을 개선함으로써 활성 코팅은 반응을 구동하는 데 필요한 추가 전압인 과전위를 줄입니다. 고품질 전극 코팅의 사용은 전해 셀 전압을 크게 감소시키고 전체 시스템 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
9. 시작 및 정지 횟수
전해 시스템의 시작 및 종료 과정은 시간이 지남에 따라 전해 셀의 성능에도 영향을 미칩니다. 각 시작 및 종료는 전극 표면에 일정량의 분극을 도입하며, 이는 반복적인 사이클로 점차 축적됩니다. 이 분극은 전해에 필요한 과전압을 증가시켜 시스템의 전체 전압을 상승시킵니다. 잦은 시작과 정지는 또한 막의 안정성에 영향을 미쳐 전해 효율성에 추가적인 영향을 미칠 수 있습니다.
물 전해에 의한 수소 생산에서 다이어프램 재료의 역할
물 전해가 수소 생산을 위한 점점 더 인기 있는 방법이 됨에 따라 다이어프램, 또는 막은 과정의 효율성과 안전성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 다이어프램은 각각 음극과 양극에서 생성된 수소와 산소를 분리하는 물리적 장벽 역할을 합니다. 분리 기능 외에도 다이어프램은 전해질 내에서 이온의 이동을 촉진하여 수소 생산에 필요한 전기화학 반응을 가능하게 합니다.
1. 이온 전송
다이어프램은 알칼리 전해 시스템에서 수산화 이온과 같은 이온의 선택적 전송을 허용합니다. 이 이온 전송은 전해 과정의 연속성을 유지하는 데 필수적입니다. 다이어프램은 이온의 통과를 허용할 만큼 투과성이 있어야 하지만, 수소와 산소와 같은 가스에는 불투과성이 있어야 하며, 이는 재결합을 방지하기 위해 분리되어야 합니다.
2. 가스의 안전 장벽
다이어프램의 주요 기능 중 하나는 전극 간의 가스 교차 또는 침투를 방지하는 것입니다. 수소와 산소가 혼합되면 폭발성 혼합물을 형성할 수 있어 상당한 안전 위험을 초래합니다. 따라서 다이어프램은 음극과 양극에서 생성된 가스가 분리된 상태로 유지되도록 하는 안전 장벽 역할을 합니다.
3. 전기 절연
다이어프램은 또한 전극 간의 전자 전송을 방지하는 전기 절연체 역할을 합니다. 이는 전해 과정이 제어된 방식으로 진행되도록 하며, 전류의 흐름이 전해질 용액에만 국한되도록 합니다. 따라서 다이어프램은 전류가 의도된 이온 경로를 통해서만 흐르도록 하여 전해 과정의 효율성을 유지하는 데 도움을 줍니다.
수소 산업에서의 BoLian의 역할
필터 천 및 막 재료 기술의 선두에 있는 BoLian은 탄소 배출을 줄이기 위한 글로벌 노력의 맥락에서 수소 생산의 중요성이 커지고 있음을 인식했습니다. 수소는 점점 더 저탄소 경제로의 전환의 초석으로 여겨지며, 다양한 산업에 청정하고 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공합니다. 재료 과학에 대한 깊은 전문 지식을 바탕으로 BoLian은 물 전해를 위한 막 재료 혁신의 역할을 수용했으며, 이는 녹색 수소를 생산하는 가장 효율적이고 지속 가능한 방법 중 하나로 널리 간주됩니다. 이러한 혁신적인 막은 물 전해 시스템의 효율성과 성능을 향상시키는 데 필수적이며, 수소 생산 과정이 글로벌 탈탄소화 목표의 요구를 충족할 수 있도록 보장합니다.
2024년, BoLian은 대련공업대학교와의 전략적 협력을 발표하여 입지를 더욱 강화했습니다. 이 파트너십은 수소 생산을 위해 특별히 맞춤화된 복합 막 재료의 개발에 중점을 두고 있습니다. 목표는 기존 다이어프램 재료를 업그레이드하여 이온 전도성, 기계적 강도 및 화학적 저항성 측면에서 성능을 향상시키는 것입니다. BoLian의 최첨단 연구는 뛰어난 효율성을 보여줄 뿐만 아니라 대규모 수소 생산에 필수적인 확장성을 제공하는 새로운 복합 막의 개발로 이어졌습니다. 이러한 발전은 녹색 수소의 전체 비용을 줄여 전통적인 화석 연료 기반 에너지원과의 경쟁력을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
결론
물 전해를 통한 수소 생산은 탄소 중립성을 달성하기 위한 글로벌 노력에서 중요한 역할을 할 준비가 되어 있습니다. 청정 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 전해 시스템의 효율성은 수소가 화석 연료의 실질적인 대안으로 남을 수 있도록 하는 데 중요할 것입니다. 이 과정의 효율성은 막 구조, 전류 밀도, 전해질 농도, 전극 간격 및 온도와 같은 요인에 크게 의존합니다. 특히 다이어프램 재료는 가스 분리, 이온 전송 및 전기 절연과 같은 필수 기능을 제공하여 전해 시스템의 안전성, 효율성 및 수명을 보장하는 데 중요합니다. 이러한 재료의 혁신은 전해 성능을 최적화하고 수소를 청정 에너지원으로 널리 채택할 수 있도록 하는 데 필수적일 것입니다.
수소 산업이 계속 성장함에 따라 BoLian이 개발한 것과 같은 막 기술의 발전은 전해 셀 성능을 개선하는 데 핵심이 될 것입니다. 이러한 혁신은 수소 생산의 에너지 소비를 줄이고 시스템의 확장성을 향상시켜 녹색 수소가 저탄소 에너지 미래의 핵심 구성 요소로 채택되는 속도를 가속화할 것입니다. BoLian은 지속적인 연구와 전략적 파트너십을 통해 이 흥미롭고 빠르게 진화하는 분야의 최전선에 남아 지속 가능한 에너지 솔루션을 향한 글로벌 추진에 기여할 것입니다.
