プロトン交換膜（PEM）電解水素製造は広範な応用可能性を持つが、装置コストが高く耐久性に課題がある。流路の最適化によりPEMの水熱分布の均一性を向上させ、電解槽の寿命を延ばすことができる。PEM電解槽の性能向上のため、COMSOLシミュレーションソフトを用いて三次元波形流路モデルを設計・シミュレーションし、異なる周波数の波形構造電解槽の極化曲線、反応物及び生成物の分布、温度分布を検討し、波形構造追加後の流速変化が電解槽性能に与える影響を探った。結果は、伝統的な矩形流路と比較して波形流路電解槽は熱・物質伝達効果が著しく向上し、優れた極化性能を有し、波形周波数が1.0のとき電流密度が2.1％増加し、陽極触媒層の平均気体体積分率が3.7％低下し、総合性能が最適であることを示した。この結論はPEM電解槽の流路設計の参考となる。

プロトン交換膜;水電解水素製造;シミュレーション研究;流路設計