刘英杰，陈 奔

（武汉理工大学汽车工程学院，武汉 430070）

前言

目前正在开发的车用燃料电池多以纯氢为燃料，特点主要是结构简单，可直接进料，启动迅速，运行时的副产物只有少量纯净水，真正实现零污染。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有高转化效率、高功率密度和排放较低等优点，被认为是汽车应用中非常有前景的能量转换设备之一［1］。PEMFC主要由双极板和膜电极（MEA）、集流板组成，双极板的两侧加工有流道，为反应物的流通提供路径。氢气和氧气分别进入阳极和阴极流道，通过该通道传输并扩散到两侧的气体扩散层后在催化层上进行反应。氢气在阳极催化层上反应后，产生质子和电子，质子穿过质子交换膜，电子通过外部电路到达阴极。氧气在阴极催化层与质子和电子反应形成水。水通过阴极气体扩散层流出，最后通过阴极流道排走［2］。

PEMFC的性能和耐用性仍然受到几个技术障碍的制约，阻碍了PEMFC的商业化。为了以较低的成本保持更高的性能和系统稳定性，PEMFC的工作电流密度需要进一步提高。纵观国内燃料电池车在0-100 km加速时间、最高车速和续航里程上已经接近国际先进水平，但在燃料电池的功率密度、耐久性和储氢系统压力等方面还存在较大差距［3］，如表1所示。

表1 国内外主流燃料电池车性能参数［3］

PEMFC在高电流密度下，反应物的供应量和液态水的生成量显著增加，易引起反应物输运和排水方面的问题［4］。为了提高电池电堆的功率密度，提升燃料电池的性能和使用寿命，需要优化传质和水管理问题。……