论文的目的：

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有无污染，能量转化效率高，可低温快速启动，寿命长和能量密度高等优点，因此其被认为是新能源燃料电池汽车的理想电源装置。为改进和优化PEMFC的结构设计，使PEMFC具有更佳的能量密度和性能，本研究利用fluent软件分析不同结构流道的排水情况，综合分析流道排水性能的好坏，进行优化设计以提升燃料电池性能。

论文的意义：

（1）质子交换膜作为聚合物电解质必须含有足够的水分，因为电解质的质子传导能力与水含量成正比，但水分含量又不能过高，否则会引起电解质淹没，并导致与其相连的电极或气体扩散层中的孔道被水堵塞。因此燃料电池需要保证一个良好的水平衡关系。通过分析和改善阴极流道结构对实现质子交换膜燃料电池的水平衡具有重大意义

（2）由于全球能源危机与燃烧化石燃料的环境危害日趋严重，新能源汽车已成为汽车工业发展势不可挡的趋势，而质子交换膜燃料电池在燃料电池汽车运用上拥有广阔前景。本文的研究将为解决车用PEMFC存在的水淹问题提供参考方案。

质子交换膜燃料电池在国内外的研究现状分析：

质子交换膜燃料电池（PEMFC）最初的研发始于20世纪60年代，是由通用电器公司专门为美国国家航空航天局(NASA)的首架载人太空船而设计的。早期的质子交换膜燃料电池只有较短的寿命。1967年杜邦公司推出的新型高聚物膜Nafion,该材料的出现大大推动了PEMFC的发展，这种类型的膜也逐渐成为PEMFC的标准用膜，直到今天仍然如此。到20世纪70年代至80年代早期，质子交换膜电池的研究一直处于停滞状态。但到80年代后期和90年代早期，对此类电池的研究逐渐复苏。在这方面载誉最高的是加拿大温哥华的巴拉德动力公司和美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室。最近几年里，PEMFC的电流密度已经可以达到1A/cm2甚至更高，同时贵金属Pt的载量需求下降了100倍以上。这大大降低了每千瓦功率的成本，提高了功率密度。PEMFC除了可广泛应用于便携式设备外，还可用在轿车、公共汽车领域及热电联供系统（CHP）中。NASA也看到了这种类型的电池的优势，在新的航天飞机上准备应用了PEM电池，这是该类电池重新成为燃料电池生力军的一个重要证明。可以证明在其所有可能的应用范围内，PEMFC的性能可能已经超过任何其他电能产生装置。它可以为几瓦的手机和其他电子设备（如电脑等）供电，也可以作为几千瓦的游船的动力和用作家庭电源，还能作为几十千瓦的轿车和几百千瓦的公共汽车的动力以及工业热电联供系统（CHP）。

由于质子交换膜燃料电池高效、环保等突出优点，引起了世界各发达国家和各大公司高度重视，并投巨资发展这一技术。美国政府将其列为对美国经济发展和国家安全至为关键的27个关键技术领域之一；加拿大政府将燃料电池产业作为国家知识经济的支柱产业之一加以发展；美国三大汽车公司（通用，福特，克莱斯勒）、德国的戴姆勒奔驰、日本的丰田等汽车公司均投入巨资开发PEMFC汽车。处于领先地位的加拿大Ballard公司已经开始出售商业化的各种功率系列的PEMFC装置。

在我国有中国科学院大连化学物理研究所、清华大学、武汉理工大学、上海空间电源研究所、上海神力等很多单位在开展PEMFC的研究，并取得了长足进展，接近国外先进水平。就技术而言，千瓦级的PEMFC技术已基本成熟，阻碍其大规模商业化的主要原因是燃料电池的价格还远远没有达到实际应用的要求，影响燃料电池成本的两大因素是材料价格昂贵和组装工艺没有突破，例如使用贵金属铂作为催化剂；昂贵的质子交换膜及石墨双极板加工成本等，导致PEMFC成本约为汽油、柴油发动机成本（50$/kW）的10~20倍。PEMFC要作为商品进入市场，必须大幅度降低成本，这有赖于燃料电池关键材料价格的降低和性能的进一步提高。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：