점도 높은 전해액·슬러리용
연동펌프 튜브 사이즈 고르기
글 요약
핵심끈끈한 액체는 굵은 튜브 + 낮은 rpm — 같은 유량을 회전수를 낮춰 냄
대상Water-in-salt 고농도 전해액, 이온성 액체, 전극 슬러리
도구YZ15 튜브 번호별 mL/rev와 필요 rpm 비교표
점도가 높은 액체일수록 한 단계 굵은 튜브를 낮은 회전수로 돌리는 것이 기본입니다. 연동펌프는 튜브가 눌렸다 복원되면서 액을 빨아들이는데, 끈끈한 액체는 복원 구간에 다 채워지지 않아 rpm을 올릴수록 실제 유량이 표값보다 떨어집니다.
연동펌프 실전 시리즈(배터리·에너지 랩) 2편입니다. 1편 미세유량 펌프 — BQ80S vs BT101S vs BT103S에 이어, 이번 편은 점도별 튜브 사이즈 — 고농도 전해액·이온성 액체·슬러리입니다. 다음 편은 튜브 재질 — 카보네이트·KOH·바나듐·NMP 액체별 표.
점도가 유량을 깎는 이유
- 흡입 = 튜브 복원 — 롤러가 지나간 뒤 튜브가 원형으로 돌아오는 힘으로 액을 끌어옴
- 끈끈한 액체 — 복원 시간 안에 튜브가 다 채워지지 않아 회전당 토출량 감소
- rpm이 높을수록 채움 시간이 짧아져 표값 대비 손실 증가 — 낮은 rpm일수록 표값에 근접
- 해법 — 내경을 키워 mL/rev를 늘리고 회전수를 낮춤, 필요하면 벽이 두꺼운 튜브로 복원력 확보
연동펌프 유량이 튜브 변형·회전수에 좌우된다는 일반론(Klespitz & Kovács, 2014). 리드플루이드 고유 사양이 아님.
배터리 랩의 끈끈한 액체들
- 고농도 전해액(Water-in-salt) — 21 m LiTFSI처럼 물보다 염이 더 많은 수계 전해액, 묽은 전해액보다 훨씬 끈끈함
- 이온성 액체 계열 전해액 — 상온에서도 점도가 높고 온도에 따라 크게 변함
- 전극 슬러리 — 고형분이 많을수록 점도 상승, 입자 침강·막힘까지 고려 대상
- 고농도 전구체 용액 — 공침용 금속염 2 M급, 겨울철 실온 저하 시 점도 상승
Water-in-salt 전해액은 2015년 Science 논문 이후 수계 고전압 전지의 대표 연구 주제가 됐습니다. 이런 고농도 전해액은 묽은 전해액 기준으로 고른 튜브·rpm을 그대로 쓰면 유량이 모자라기 쉽습니다.
이럴 때 이걸 — 같은 20 mL/min을 내는 튜브별 rpm
| 튜브(YZ15 헤드) | 내경 | mL/rev | 20 mL/min 필요 rpm | 판단 |
|---|---|---|---|---|
| 14# | 1.6 mm | 0.2 | 100 rpm | 묽은 수계만 — 점도 높으면 유량 손실 큼 |
| 16# | 3.1 mm | 0.8 | 25 rpm | 일반 전해액 |
| 25# | 4.8 mm | 1.9 | 약 10.5 rpm | 고농도 전해액·이온성 액체 권장 |
| 17# | 6.4 mm | 3.0 | 약 6.7 rpm | 슬러리·더 끈끈한 액체 |
| 18# | 7.9 mm | 4.27 | 약 4.7 rpm | 고점도 대유량, 1 rpm 근처로 떨어지지 않게 유량 확인 |
mL/rev는 리드플루이드 YZ15 헤드·실리콘 튜브 유량표(물·상온·상압) 값, 내경은 표준 튜브 번호 규격. 점도 높은 액체의 실제 유량은 이 값보다 낮게 나옴.
튜브 사이즈를 정하는 순서
- 1. 목표 유량 확정 — 셀·반응기 체류시간에서 역산
- 2. 물 기준 후보 튜브 — 유량 계산기로 10~50 rpm 구간에 들어오는 튜브 선택
- 3. 점도 보정 — 끈끈하면 한 단계 굵은 튜브로 올려 rpm을 절반 근처로
- 4. 재질 확인 — 전해액·용매와 맞는 재질인지(3편)
- 5. 실측 보정 — 실제 액체를 1~5분 토출해 무게 ÷ 밀도로 mL/min 확인 후 설정값 보정
구매 전 확인 사항
제품 사양에서 확인되는 사실
- YZ15 헤드 적용 튜브 — 13#, 14#, 19#, 16#, 25#, 17#, 18# (튜브 번호만 바꿔 유량 체급 변경)
- YT25 헤드 — 대유량, BT101S 기준 최대 750 mL/min
- 유량표는 물·상온·상압 기준 참고값
일반적으로 권장되는 운용 관행(제조사 고유 규정 아님)
- 슬러리는 입자 침강 방지를 위해 공급 용기 교반 유지, 흡입 배관은 짧고 굵게
- 고점도 슬러리를 정량 도포까지 해야 하면 연동펌프 대신 기어·시린지 방식도 함께 검토
- 겨울철 실온 변화가 크면 같은 설정에서도 유량이 달라지므로 계절마다 재보정
자주 묻는 질문
Q. 점도가 높은데 rpm만 올리면 안 되나요?
rpm을 올리면 튜브가 원형으로 돌아오는 시간이 짧아져 끈끈한 액체가 다 채워지지 않습니다. 설정 유량 대비 실제 유량이 더 크게 모자라고 튜브 마모도 빨라지므로, 한 단계 굵은 튜브를 낮은 rpm으로 쓰는 편이 안정적입니다.
Q. 전극 슬러리도 연동펌프로 옮길 수 있나요?
이송·순환은 가능합니다. 입자가 튜브 안에서 가라앉지 않게 유량을 유지하고 흡입 배관을 짧게 둡니다. 슬롯다이처럼 맥동 없는 정량 토출이 필요하면 기어·시린지 방식을 함께 검토합니다.
Q. 튜브를 굵게 바꾸면 유량 설정도 다시 해야 하나요?
네. 튜브가 바뀌면 회전당 토출량이 바뀌므로 실제 액체로 유량 보정을 다시 합니다.
액체 종류·점도·목표 유량을 알려주시면 튜브 번호와 rpm을 정해 드립니다
고농도 전해액·이온성 액체·슬러리는 물 기준 표만으로 고르면 유량이 모자랍니다. 조건을 남겨주시면 튜브 번호·헤드·드라이브 조합과 견적을 드립니다.
조건 남기고 조합 받기 →참고
펌프·헤드 수치는 리드플루이드 제품 상세페이지와 리드플루이드 헤드×튜브 유량표(물·상온·상압 참고값) 기준입니다.L. Suo, O. Borodin, T. Gao, M. Olguin, J. Ho, X. Fan, C. Luo, C. Wang, K. Xu, "'Water-in-salt' electrolyte enables high-voltage aqueous lithium-ion chemistries," Science 350, 938–943 (2015). DOI: 10.1126/science.aab1595 — 고농도 수계 전해액 사례 근거.
Z. Klespitz, L. Kovács, "Peristaltic pumps — A review on working and control possibilities," 2014 IEEE 12th International Symposium on Applied Machine Intelligence and Informatics (SAMI), 2014. DOI: 10.1109/SAMI.2014.6822404 — 유량과 튜브 변형의 관계에 관한 일반론.