论文的目的：

汽车工业是世界上仅次于石油化工的第二大产业,传统汽车消耗了大量的石油资源,而且汽车尾气中所含的氮氧化物、碳氢化物、一氧化碳等造成了大气严重污染。解决该问题的出路在于开发新的燃料替代石化燃料, 开发“ 零排放” 的电动车取代目前的内燃机发动机汽车是汽车行业发展的新趋势之一。电动车动力电源是电动车开发的关键。PEM 燃料电池具有室温快速启动、高比功率、能量转换效率高、寿命长、无污染等许多优点,从而使其成为公认的未来电动车首选电源。但目前，燃料电池技术遇到了高成本等难题，因而进行阴极流场排水实验研究,通过实验分析对比不同流场的排水情况，综合分析其性能，进行优化设计。

论文的意义:

由于PEMFC电动车能量转换效率的提高,这将带来良好的经济和环保效益。和内燃机相比,采用天然气重整氢的 PEM燃料电池电动车原能量的消耗将降低 60%,CO2排放量将降低75%,毒物质排放量将降低99%。而采用纯氢的PEM 燃料电池电动车,其反应产物只有水,无有害物质排放,实现了零排放,从根本上解决了内燃机带来的环境污染问题。此外,PEMFC 还可以在室温下快速冷启动,并且达到80%的功率;噪音低、振动小、加速和减速平稳,因此,PEMFC将成为电动车最有竞争力的电源。发展燃料电池对于改善环境和实现能源可持续发展有重要意义。

PEM燃料电池在国内外的研究现状分析：

PEM燃料电池是以氢气作为阳极反应气，空气作为阴极反应气体的一种发电装置．主要副产物是水具有无污染、低噪声、高效率、高启动速度等优点，是未来能源装置的有力竞争者．但是，想要更广泛的商业化还有待克服的问题:更高的性能，耐用性和更低的成本。

蒋静慧,巩亮,李印实利用COMSOL Multiphysics软件对直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极模型进行计算,获得压力、速度、水、氧气和液态饱和度分布情况,研究扩散层在不同物理参数(如厚度、孔隙率、孔径大小和亲憎水性)下电池阴极水和氧气的传输情况,进一步建立扩散层孔隙率梯度的数学模型,研究扩散层孔隙率梯度以及支撑层参数对直接甲醇燃料电池性能和物质传输的影响。结果表明,扩散层具有大孔隙率、薄扩散层时均有利于氧气传质,可以使电池性能提高;扩散层孔隙率梯度的存在可以减轻氧气传输阻力,提高电池性能。

孙红,郭烈锦,刘洪潭模拟发现:提高操作压力和升高阴极加湿温度使电池阴极催化剂层(CTL)和扩散层(GDL)界面上的液态水含量大幅提高;升高阳极加湿温度,电池阴极CTL和GDL界面上的液态水含量变化不明显;而升高燃料电池的操作温度,阴极CTL和GDL界面上液态水的含量降低。

丁刚强,罗志平,李湘华,肖金生通过耦合求解质量守恒方程、动量守恒方程和组份守恒方程,计算出点状、多蛇形和单蛇形三种不同流场阴极O₂和H₂O浓度的分布以及气体速度分布。电流密度为600mA/cm²时,催化层与扩散层交界面处点状、多蛇形和单蛇形流场中的最小O2浓度是逐步增加,约为1.5%;最大H₂O浓度依次减小,大约1.5%;扩散层中间处气体速度依次增加。最后通过单电池实验得到三种流场的电池性能和模型中气体分布情况一致。

Kazuhiro Takanohashi,Takeo Suga,Makoto Uchida,Toshihide Ueda等人对燃料电池发电过程中氧分压、电流密度和水滴的可视化研究,开发了一种新型透明电池，用于在40和80℃和53％RH下观察运行PEFC内的p（O₂）分布，电流密度和液态水滴。在80℃，由于饱和水蒸汽压高，因此未观察到液态水，并且所产生的水的影响很小。在40℃时，清楚地观察到水滴，特别是在电流密度相对较低的出口附近。在Uo₂ = 80％时，检测到电池温度升高，尽管液态水形成较多，但液态水的影响得到了缓解。