인라인 밀도계의 선도적인 제조 및 공급업체인 론미터 그룹(Lonnmeter Group)은 수십 년간 전 세계 고객에게 전문적인 솔루션을 제공해 왔습니다. 론미터 그룹은 이러한 솔루션을 통해 수많은 산업 공장, 발전소, 그리고 야금 기업들이 비용을 절감하고 효율성을 향상시키는 데 기여해 왔습니다.

슬러리 혼합의 중요한 역할

수소 연료 전지 MEA의 성능은 촉매 슬러리의 균일성과 안정성에 크게 좌우됩니다. 예를 들어, 애노드 슬러리는 40% 탈이온수, 40% 메탄올, 5% 이오노머 용액의 혼합 용매에 15% Pt-C 촉매가 균일하게 분산된 상태로 필요합니다. 캐소드 슬러리는 더 높은 비율의 촉매(20%)와 결합제(10%)를 필요로 합니다. 이러한 정확한 비율은 슬러리의 물리적 특성뿐만 아니라 촉매 활성점 분포 및 양성자 전도도에도 직접적인 영향을 미칩니다.

밀도 제어가 부적절하면 촉매 응집이나 침전이 발생하여 코팅된 촉매의 두께가 불균일해지고 전반적인 배터리 성능도 저하될 수 있습니다. 예를 들어, 밀도가 높으면 촉매 또는 용매의 증발이 과도하여 슬러리 점도가 증가하고 코팅 중 "오렌지 껍질" 또는 "핀홀" 결함이 발생할 수 있습니다. 밀도가 낮으면 촉매가 부족하여 적절한 반응 부위를 제공하지 못하고 배터리 효율이 저하될 수 있습니다.

기존 슬러리 밀도 제어의 한계

기존 촉매 슬러리 혼합은 1차 공정에서 수동 계량 및 오프라인 테스트에 의존합니다. 이러한 방식은 실시간 프로세스에 크게 뒤떨어집니다. 샘플링을 통해 테스트 결과를 얻는 데 15~30분이 소요되는 경우가 많으며, 이 시간 동안 슬러리는 다음 공정으로 이동했을 수 있어 상당한 재작업 낭비가 발생할 수 있습니다.

수동 작업으로는 나노 크기의 촉매 입자 응집을 감지하는 데 어려움을 겪습니다. 또한, 온도 변화 및 용매 증발과 같은 요인으로 인해 슬러리의 동적 밀도 변동이 발생하는데, 기존 공정에서는 이를 실시간으로 보정할 수 없어 품질 불안정성 위험이 더욱 커집니다.

작동 원리 및 기술적 장점

이러한 과제를 해결하기 위해 Lonnmeter 엔지니어들은 코리올리 힘의 원리를 기반으로 인라인 밀도계를 개발했습니다. 이 계측기는 유체 진동 주파수를 측정하여 최대 ±0.001 g/cm³의 정밀도로 실시간 밀도 데이터를 수집합니다. 수소 연료 전지의 슬러리 혼합 시, 이러한 고정밀 모니터링 장치는 혼합 탱크 또는 순환 파이프라인의 출구에 설치하여 밀도 및 온도 데이터를 지속적으로 수집할 수 있으며, 보상 알고리즘을 통해 온도가 밀도에 미치는 영향을 제거할 수 있습니다.

코리올리 밀도계 외에도, 론미터(Lonnmeter)는 다양한 작업 조건에 맞는 지능형 밀도 모니터링 센서를 제공하기 위해 튜닝 포크 밀도계, 초음파 밀도계 등 다른 인라인 밀도계도 개발했습니다. 캐소드 슬러리 밀도가 목표치를 초과하는 것을 감지하면, 시스템은 자동으로 편차를 계산하고 계량 펌프를 통해 적정량의 용매를 추가합니다. 밀도가 너무 낮으면 미리 분산된 촉매 모액을 추가합니다. 이러한 동적 루프 제어는 배합 편차를 보정할 뿐만 아니라 과거 데이터 분석을 통해 잠재적인 문제를 예측합니다. 밀도 변동이 임계값을 초과하면 시스템은 알람을 발생시켜 불균일 분산 또는 상 분리 가능성을 경고하여 배치 품질 사고를 더욱 방지합니다.