（工程热物理专业论文）碱性固体聚合物水电解槽流道模拟与优化设计.pdf

classified index：tk124 u.d.c.: 621.1.016.7 dissertation for the master degree in engineering simulation and optimization design on flow channel of alkaline solid polymer electrolyte cell candidate： zhao huanhuan supervisor： prof. xie ming academic degree applied for： master of engineering specialty： engineering thermophysics affiliation: school of energy sci. & eng. date of oral examination： july, 2010 university： ： harbin institute of technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - i - 摘 要 水电解制氢是一种清洁的、比较简单的制取高纯度氢气的方法，也是目前最为 广泛使用的将可再生资源转换为氢的方法之一。碱性固体聚合物水电解(alkaline solid polymer electrolyte，aspe)是一种新兴的水电解制氢技术，其工作原理可以看 作质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, pemfc)的逆过程。 该技 术既具有固体聚合物水电解(solid polymer electrolyte, spe)的高效性又具有碱性水电 解的廉价性。本文在 pemfc 和 spe 流道研究基础上，对 aspe 流道进行了数值模 拟，主要研究工作如下： 1) 分析了通道尺寸和边界条件对传统直通道和蛇形流道内两相流传输的影响。 研究发现，直通道流道取槽深h=0.8，槽脊宽度比:w l=3:1，蛇形流道取槽深 h=0.81.0，槽脊宽度比:w l=3:1，电解槽性能相对较好。保持槽深为 0.8，槽脊宽 度比为 3:1，随通道数的减少，进水速度的增大，氢气质量流量的增大，流道的压差 逐渐增大；流道内流速主要取决于进水速度，进水速度越大，流速越大，流体分配 均匀性越差；由于氢气量相对进水量很少，整个流道的温度场分布较均匀，各边界 条件对其影响不大；流道压差随壁温的增大，先增大后减小，沿流动方向，通道内 两相流温度由接近进水温度逐渐变化到接近壁温，壁温与进水温度相差越大温度场 越不稳定； 2) 考察了通道截面形状对直通道内两相流传输的影响。研究发现，当通道尺寸 及边界条件相同时，长圆形截面面积较小，流体流速较大，且其底部的圆弧设计减 小了底面的粘性阻力，利于引流，又不至于引起通道阻塞，进而提高了电解槽性能； 3) 研究了直通道内流道壁面亲疏水性对气泡和气膜传输的影响。研究表明，憎 水性扩散层表面和非亲水非憎水性通道壁面更有利于引流和传质。 本文通过数值模拟分析了流道结构尺寸、边界条件、流道类型、截面形状和亲 水性对 aspe 电解槽性能的影响， 开展了 aspe 流道结构的优化设计， 对 aspe 流道 设计制造具有一定的指导意义。 关键词：碱性固体聚合物水电解(aspe)；两相流；数值模拟 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - ii - abstract water electrolysis is one of the preparation methods of high purity hydrogen, which is completely clean and comparatively simple. it also is one of the most widely used methods to covert renewable resources into hydrogen. alkaline solid polymer electrolyte, aspe for short, is an emerging technology for hydrogen generation, the working principle of which can be regarded as the inverse process of proton exchange membrane fuel cell. aspe combines the high efficiency of solid polymer electrolyte cell and the low cost of alkaline water electrolysis. there are few researches on aspe at present, so based on the researches on pemfc and spe, aspe flow-fields is simulated and optimized by commercial cfd software fluent in this paper. main research works are as follows: 1) the effects of channel sizes and boundary conditions of different flow-field types on two-phase flow in parallel straight channel and serpentine channel flow-field are simulated. the results show that the best channel depth and width ratio of channel and ridge are 0.8 and 3:1 respectively for parallel straight channel. the multi serpentine has better performance than single serpentine channel flow-field. the performance of flow-field is relatively superior with 0.81.0 channel depth, 3:1 width ratio of channel and ridge. in condition of channel depth at 0.8 and width ratio of channel and ridge at 3:1, the pressure difference increases as the decrease of channel numbers, the increase of inlet water velocity, and the increase of hydrogen mass flow. the velocity of flow field depends on inlet water velocity, and the velocity and the flow distribution uniformity increases with the increase of influent water velocity. as the concentration of hydrogen is so little compared to the concentration of water inflow, so that the temperature field is well distributed and the boundary conditions has little effect on temperature field. the pressure difference increases at first, then decreases with the increase of wall temperature. along the flow direction, the temperature of two-phase flow changes from the temperature of water inflow to the wall temperature. the larger difference of water temperature and wall causes the less stable of the temperature field. 2) the effects of section shape in simplified model of parallel straight channel are simulated. the results show that the cross-section area of obround is smaller and the velocity is faster under the same condition. the arc-design on bottom of channel decreases the viscous resistance of bottom surface, which is not only good for drainage, but also prevents obstruction, and then improves electrolyzer performances, under the same 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - iii - condition of structure size and boundary conditions. 3) wall hydrophilic-to-hydrophobic on bubble and gas film flow transport in simplified parallel straight channel are investigated. the results show that hydrophobic surface of diffusion layer and non-hydrophobic-to-non-hydrophobic surface of channel wall are favorable to drainage and mass transfer. in this paper, the simulation and optimization of aspe flow-field is realized by computer simulation, and relatively ideal structure size, flow-field type, cross-section, and boundary conditions, hydrophilic-to-hydrophobic are found, which has certain guiding significance for the design and manufacture of flow-fields. keywords: acid solid polymer electrolyte (aspe), two-phase flow, numerical simulation 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - iv - 目 录 摘摘 要要.i abstract.ii 第第 1 章章 绪论绪论.1 1.1 研究目的和意义.1 1.2 国内外研究现状及分析.2 1.3 本文主要研究内容.10 第第 2 章章 aspec 简述及传输模型简述及传输模型.12 2.1 aspec 结构及关键部件.12 2.2 流道设计的影响因素.13 2.2.1 流道几何结构.13 2.2.2 内部短路.13 2.2.3 双极板的支撑作用.14 2.2.4 流道内气体输运和热管理.14 2.3 aspec 传输模型及方程.14 2.3.1 基本方程.15 2.3.2 离散相模型.15 2.3.3 两相流 vof 模型.19 2.4 本章小结.20 第第 3 章章 流道结构对两相流传输的影响流道结构对两相流传输的影响.21 3.1 直通道和单蛇形流道.21 3.1.1 几何模型.21 3.1.2 槽深的影响分析.24 3.1.3 槽脊宽度比的影响分析.25 3.2 多蛇形流道.27 3.2.1 几何模型.28 3.2.2 进水速度的影响.29 3.2.3 氢气质量流量的影响.32 3.2.4 通道数的影响.34 3.2.5 壁温的影响.35 3.3 流道截面形状的影响.36 3.3.1 几何模型.37 3.3.2 边界条件.37 3.3.3 通道截面形状的影响分析.37 3.4 本章小结.41 第第 4 章章 壁面亲水性对气体传输的影响壁面亲水性对气体传输的影响.42 4.1 几何模型.42 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - v - 4.2 边界条件.42 4.3 亲水性的影响分析.43 4.3.1 亲水性对气泡运动的影响.43 4.3.2 亲水性对气膜运动的影响.44 4.4 本章小结.50 结结 论论.51 参考文献参考文献.53 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明.56 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书.56 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理.56 致谢致谢.57 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 研究目的和意义 传统的煤炭、石油和天然气等化石燃料储量有限且给人类带来环境污染、温室 效应等诸多环境问题，因此洁净新能源和可再生能源的开发利用是未来能源发展的 必然趋势。在众多的可再生能源中，风能、水能、地热能和潮汐能都不仅受到地域 限制且不稳定，太阳能受到太阳光照射限制，不稳定且成本昂贵，生物质能对于环 境的影响尚需多方面的考评，而氢能以其清洁高效等特点被公认为未来最有潜力的 能源载体13。 制氢的方式多种多样，其中水电解制氢是一种清洁的、比较简单的制取纯度较 高的氢气的方法，也是目前最为广泛使用的将可再生资源转换为氢的方法。制氢过 程是在催化剂作用下消耗电能使水解离成氢气和氧气，简单环保但能耗较大。因此， 开发清洁、高效、低成本的电解水制氢技术意义重大，具有极大的发展潜力和商业 价值。目前，已经开发的电解槽主要有碱性电解槽3,4、固体聚合物电解槽(solid polymer electrolyte cell， spec) 512、 固体氧化物电解槽(solid oxide electrolyze cell， soec)1315。此外，还有海水电解5,16、碱性固体电解槽(alkaline solid，asec)17 和新开发的碱性固体聚合物电解槽(alkaline solid polymer electrolyte cell，aspec)， 各电解槽的优缺点如表 1-1 所示，就目前的技术现状而言，改进技术，开发环保、低 能耗与低成本相结合的电解槽仍是水电解制氢的关键问题，而 aspec 更具优势。 国内现在传统的制氢方式是碱性电解槽， 强碱性容易腐蚀， 效率只有 60%70%； 国际上的 spe 水电解制氢很先进，但是采用的催化剂太贵，极大地限制了产品的产 量。本文所介绍的 aspec 是国内某能源企业提出来的一项新兴技术，其将上述两种 制氢技术结合起来，使用碱性水电解廉价的催化剂，达到 spe 水电解的效率，目前 此技术正处于前期开发阶段。 aspec 唯一不足的是能耗问题。影响能耗的主要因素，从电化学理论来看，一 是由电极材料决定的电极的超电位；二是电解液及隔膜的电阻，后者是由电解液和 膜材料的种类及流道结构来决定的。此外，双极板上的流道结构决定了电解液与生 成物在流道内部的流动状态、电流密度分布、电解槽的散热能力以及长期运行的稳 定性，所以双极板是电解槽的关键部件之一，直接影响到电解槽的性能，且其质量 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 2 - 占整个反应堆装置重量的 60%70%，成本为总成本的 46%。因此，双极板流道的优 化设计在 aspec 的优化过程中也就显得尤为重要。 表 1-1 各电解槽优缺点比较 电解槽类型 优点 缺点 碱性电解槽 技术成熟、结构简单、操作方便、成 本低、适合大规模生成 效率低、强腐蚀性、体积 大、重量大 spec 无腐蚀、无污染、气体纯度高、效率 较高、体积小、重量轻 能耗较大、成本高 soec 效率高 技术不成熟、工作温度高、 能耗大、成本较高 海水电解 成本低 地域限制性 asec 成本较低 弱腐蚀性、大规模制氢时 有污染 aspec 无腐蚀、无污染、气体纯度高、效率 较高、成本较低、体积小、重量轻 能耗较大 1.2 国内外研究现状及分析 由于是新兴技术， aspec 方面的研究很少。 在流道部分， spec 与 aspec 相似， 都是反应物水携带生成的少量气体在流道内流动，可以作为研究 aspec 的参考，但 目前这方面的研究也不多，但质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, pemfc)方面的研究较多，其工作原理可以看作 aspec 中化学反应的逆过程。 aspec，spec 及 pemfc 的工作原理如图 1-1、图 1-2 及图 1-3 所示。 图 1-1 aspe 原理图 阳极 阴极 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 3 - 阴极(cathode)： 22 222h oehoh (1-1a) 阳极(anode)： 22 20.52ohoh oe (1-1b) 总反应式： 222 0.5h oho (1-1c) 图 1-2 spec 原理图4 阳极： 22 0.52h ohoe (1-2a) 阴极： 2 2heh (1-2b) 总反应式： 222 0.5h oho (1-2c) 阳极 阴极 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 4 - 图 1-3 pemfc 原理图 阳极： 2 22hhe (1-3a) 阴极： 22 0.522eohh o (1-3b) 总反应式： 222 0.5hoh o (1-3c) 目前 spec 与 aspec 流道的设计均以 pemfc 流道为基础，但流道中两相流各 相含量及分布不同， 故在研究中要考虑到这方面，在 pemfc 流道的基础上做适当改 进。在 pemfc 流道的研究方面，已开发的流道结构主要有直通道18,19、蛇形2025、 多孔、网状、点状21和交指形24,26流道。不同流道结构如图 1-4 所示，其优缺点比 较如表 1-2 所示。 阳极 阴极 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 5 - 单蛇形流道 多蛇形流道 直通道流道 点状流道 网状流道 交指形流道 图 1-4 流道结构示意图18,21 表 1-2 传统流道性能比较 传统流道类型 优点 缺点 直通道 压损小、流体分布均匀 生成物不易排出 单蛇形 能迅速排出生成物 效率低(压降大、反应物供应不 足)、流体分布不均匀 多蛇形 能迅速排出生成物 效率提高 流体分布不均匀 多孔 对扩散层强度要求低、利于扩 散层传质、减小极化 接触电阻大 网状 点状 结构简单 生成物不易排出 流体分布不均匀 交指形 强化扩散层传质、能迅速排出 生成物 压降不易控制、流体分布不均 匀 另外，在上述流道的基础上，还有大量加以改进的新型流道。chow 等人27发明 了一种整体流道，这种流道将气体流道和冷却水流道加工在同一表面上，如图 1-5 所示。冷却水的流道环绕在各区域蛇形流道的周围。这种设计较大的提高了电池堆 的功率密度。类似的设计思路还有 ernst28的设计。这种设计的最大缺点是不容易得 到均匀的温度场。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 6 - 图 1-5 带冷却流道的蛇形流道27,28 kenji kurita 等人29设计了一种点状、直通道以及蛇形的复合型结构，如图 1-6 所示，进出口侧以及蛇形拐角部分都是点状流道结构，而中间部分采用平行流道。 其设计思想为：点状流道流动阻力较小，在进口与出口处都采用点状流道有利于流 体进出；进口侧流道中气体与电极接触面积增加，气体可以在短时间内与电极催化 剂接触；蛇形拐角部分采用点状使气流得到再分配，防止流道间串气。spear 等30,31 列出了不同材料的网状流道，如图 1-7 所示。指出开孔率都设为 65%时，六边形结 构最易控制。 1.氧化剂入口 2.氧化剂出口 3.燃料入口 4.燃料出口 5.冷却剂入口 6.冷却剂出口 7.网格流道 8.直通道流道 图 1-6 复合式流道29 气体流道 冷却水流道 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 7 - 六边形 椭圆形 锯齿形 v 形 图 1-7 不同结构的网状流道30,31 图 1-8 不同结构的单通道蛇形流道32 enami32设计了不同结构的单蛇形流道。 如图 1-8 所示。 marvin 等人33提出了如 图 1-9 所示的多通道蛇形流道。这种流道可以降低压降，提高电池的使用效率，并且 还具有很好的排水性能。 watkins25等人设计了一种多通道蛇形流道， 如图 1-10 所示。 相对单蛇形流道来说，极大的降低了压力损失，因此可以降低附属设备的消耗，可 以增加堆的输出功率。但是这种设计的每个流道仍然很长，因此每个流道的气体浓 度还是很不均匀。且其实验表明，采用多蛇形流道能够使电池的输出功率提高 50 左右。尽管相对单蛇形流道而言，多蛇形流道降低了压降，但是相对直通道流道等 而言，仍具有较高的压力损失，其入口和出口仍具有较大的浓度梯度。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 8 - 图 1-9 marvin 等改进后的多通道蛇形流道33 图 1-10 watkins 等改进后的多通道蛇形流道25 johnson 等34针对平行流道相邻流道间压差较小问题， 设计出斜流道流道和波浪 形流道，如图 1-11 所示，分别通过渐扩或渐缩流道和流道截面形状来增大压差，从 而增大局部流速。tuber 等35提出了一种全新的流道分形流道，如图 1-12 所示。 这种流道在设计中采用仿生学原理，在提高流体分布均匀性的同时试图最大程度的 降低能耗，但因结构太过复杂该流道在加工和实际操作中较难控制。 图 1-11 斜流道流道和波浪形流道34 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 9 - 图 1-12 分形流道35 hontanon36等对平行流道和多孔流道的阳极进行了三维数值模拟，计算区域为 阳极流道、扩散层和催化层。模拟的结果表明，减小槽脊宽度能促进电化学反应进 行；流道细密化有利于提高阳极氢气的利用率；多孔流道比平行流道更有利于反应 进行。dutta37等对蛇形流道的全电池进行三维数值模拟，研究了气体在扩散层中的 对流和扩散。侯明等38对双极板结构进行了总结，包括多孔流道、蛇形流道、点状 流道、网状流道和组合形式的流道等，其中蛇形流道做了较多叙述，但对各种流道 的性能未做定性比较。 张海峰等39通过实验研究了直通道流道的几何尺寸和开孔率对电池性能的影 响，并从电阻、流体分配、流速和压降等方面进行了分析。结果表明，开孔率越大， 电池性能越好；在相同开孔率下，槽宽越小，电池性能越好。 kumar 等40,41采用连续性方程和 navier-stokes 方程联合求解流道与扩散层传递 的数学模型对电池阳极单通道蛇形流道尺寸作了优化，得出槽宽为 1.5mm，脊宽为 0.5mm 以及槽深为 1.5mm 时阳极的氢气利用率最大，为 84.8%。同时考察了脊的形 状对压差和氢气利用率的影响， 结果显示半圆型脊形状氢气利用率较高。 王红星等18 建立了 pemfc 完整流道的模拟方法，对单蛇形流道、多蛇形流道、平行流道、网状 流道进行了模拟分析。结果表明，多蛇形、单蛇形、网格流道、平行流道的电流密 度分布均匀性依次下降；网格流道和平行流道压降较小，蛇形流道压降较大。诸葛 伟林42建立了质子交换膜燃料电池三维气液两相流动与传热的数学模型，模拟了电 池内液态水的分布及其对电池性能的影响。结果表明液态水主要分布在阴极侧，大 电流密度下，液态水不利于氧的扩散。kmuar43比较了四种流道类型：单蛇形、平 行、多蛇形和交指形流道的质子交换膜燃料电池的动态和稳态性能。结果表明，平 行、多蛇形、单蛇形和交指形流道的电池动态特性依次下降，交指形流道的稳态性 能最好，综合考虑，多蛇形流道电池的动态和稳态性能都比较好。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 10 - 姜炳坤等44针对燃料电池双极板内流动，基于有限体积法，采用全隐式多网格 耦合算法，对不同截面形状的流道进行了三维数值模拟。结果显示：流量和流道截 面积相同时，半圆形截面、u 形截面和矩形截面的压降依次增大。 熊济时45针对燃料电池流道，通过 fluent 模拟了流道结构及其尺寸对电池性能 的影响。结果表明，槽深为 0.4mm 左右时最佳；固定槽深为 0.4mm，脊宽不大于槽 宽的前提下，综合考虑电池性能和压降等因素，流道尺寸比为 1:1:l 是比较理想的； 在固定槽深为 0.4mm，槽宽为 0.4mm 的前提下，采用变截面流道能较大幅度的提高 电池性能。林鸿等46对质子交换膜燃料电池进行了整个单电池的三维数值模拟，计 算分析了催化层中的局部电流密度分布，对于蛇形流道，电流密度在第 4 到第 8 流 道的出口端附近达到最小值。 针对流道截面形状问题，kumar40研究发现三角和半圆形的截面比矩形截面更 有利于减小压降，提高效率。文献47对不同流道截面的流道进行了模拟和比较。结 果表明，燕尾形截面的综合性能优于长圆形和矩形截面，在一定范围内减小槽深有 利于提高电池性能。 choi 等6基于电极的 butler-volmer 动力学，建立了简单模型，分别分析了 spe 电解槽阳极、阴极超电势和电阻引起的超电势。结果表明，电压降低主要由阳极超 电势造成，阳极超电势是整个过程的限制因素，且是造成电解槽能耗和内部热的主 要原因。于江7等对 spec 阳极的三维稳态气液两相流模型进行了模拟分析，得到了 阳极温度分布特性。结果表明，槽宽为 2mm 时，电解槽阳极温度最低；脊宽和槽深 越小，阳极温度越低。 燃料电池已有五十多年的研究历史，从最初的理论和实验研究到现在在新能源 汽车等领域的初步应用，燃料电池方面的研究已经比较成熟。与其相比，水电解制 氢技术的研究尚处于研究发展阶段，尤其是 aspec 作为一项新兴制氢技术，正处于 初步开发阶段，相关方面的研究很少，需要理论与实验的相互结合和探索。本文基 于商用 cfd 软件 fluent，在 pemfc 和 spe 流道研究的基础上，对 aspe 流道进 行了数值模拟，以获得适用于 aspec 的流道结构及操作条件，对 aspe 流道设计制 造具有一定的指导意义。 1.3 本文主要研究内容 本文基于传热学和计算流体力学的基本理论，结合商用 cfd 软件，对 aspec 内两相流流动与换热过程进行了数值研究。主要研究内容包括以下几部分： 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 11 - 1) 结合 aspec 的结构及关键部件，概括了流道设计需要考虑的因素。建立了 aspec 计算模型并给出了方程描述，为本文工作提供理论基础； 2) 分析了槽深、 槽脊宽度比、 通道个数、 通道截面形状等结构参数及进水速度、 氢气质量流量、 壁温等边界条件对通道内两相流传输的影响， 研究获得适用于 aspec 的流道结构及操作条件； 3) 研究了不同亲疏水性壁面条件下，气液相在通道内的流动及分布情况，分析 了壁面亲水性对通道内两相流传输的影响。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 12 - 第 2 章 aspec 简述及传输模型 就目前的技术现状而言，开发环保、低能耗与低成本相结合的电解槽是水电解 制氢技术的关键问题，而碱性固体聚合物水电解(aspe)既具有 spe 的高效性又具有 碱性水电解的廉价性，相对其他水电解制氢技术更具优势。本章介绍了 aspec 的结 构及关键部件，概括了流道设计需要考虑的因素，给出了 aspec 基本方程及其传输 模型，为下面的工作提供理论基础。 2.1 aspec 结构及关键部件 aspec 基本组件与 pemfc 类似，如图 2-1 所示，主要包括膜电极(membrane electrode assembly，mea)、双极板和密封垫三部分。mea 是电解槽的核心部件， 是将阴阳极催化层热压在质子交换膜两侧组成的组件， 有些 mea 还在两侧分别添加 一层扩散层。质子交换膜兼有隔膜和电解质的作用，仅允许质子通过，aspec 选用 的质子交换膜为全氟磺酸型塑料膜片；催化层是发生电化学反应的场所，为反应提 供催化剂，aspec 采用碱性电解槽的廉价催化剂镍氧化物或镍合金；扩散层是 导电材料制成的多孔介质，为流体扩散提供通道，并对催化层起支撑作用。 图 2-1 电解槽各组件示意图18 双极板是 aspec 的关键部件之一，应具有以下功能和特点： 1) 流道压降要适中，既使反应充分、流体顺利排出又不会造成太大压损； 2) 具有分配流体的功能，使流体分布均匀； 3) 流道内流体应具有较高流速以使产生的气体顺利排出， ； 膜电极 密封垫 双极板 密封垫 双极板 扩散层 扩散层 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 13 - 4) 是热的良导体，保证电解槽在运行时温度分布均匀并顺利排出废热； 5) 是电的良导体，有收集电流的作用； 6) 采用表面电阻较低的材料以减少内阻； 7) 具有一定的机械性能以保证电解槽长期稳定运行； 8) 采用密度较小、较廉价的材料并提高其有效利用面积，以降低电解槽的重量 和成本。 2.2 流道设计的影响因素 2.2.1 流道几何结构 目前常用的流道类型为直通道流道和蛇形流道。 典型的流道结构如图 1-13 所示， 特征参数包括槽宽 w，槽深 h，倾角 ，脊宽 l，其中槽宽 w 影响着流道与扩散层 接触的面积，而脊宽 l 影响着双极板与扩散层的接触面积，可以通过改变槽脊宽度 比 w/l 来提高电解槽性能。流道倾角 的作用是通过改变流道截面积来增加膜电极 的利用面积21。 图 2-2 典型流道结构示意图21 流道尺寸优化是一个复杂问题，优化过程需要综合考虑电池性能、稳