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随着能源危机的日益加剧，燃料电池作为一种环保、高效、可持续的能源技术备受关注。其中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于其高能量转换效率、快速启动及高电能输出能力得到了广泛的研究和应用。流场设计是影响 PEMFC 性能的重要因素之一，本文将重点研究不同流场对 PEMFC 性能的影响。
一、 PEMFC 的基本原理
PEMFC 是基于氢气催化反应的电化学装置，由三个部分组成：阴极氧化反应部分、复合膜电解部分和阳极还原反应部分，整个过程在氢气和氧气（或空气）的参与下，通过化学反应将氢气和氧气直接转化为电能。PEMFC 是一种低温燃料电池，其核心是质子交换膜（PEM）。
二、 PEMFC 流场的设计
PEMFC 中的流道系统通常被设计成平面嵌入型（BPP）或波纹嵌入型（SPP）结构。BPP 流道表现出较高的质量传输效率和较均匀的输出流量分布，但其涡流较弱，容易出现氧气浓度分布不均的问题，因此不适用于大功率 PEMFC。SPP 流道结构涡流明显，表现出较好的氧气传输性能和稳定性，适用于大功率 PEMFC。
三、不同流场对 PEMFC 性能的影响
研究表明，流场结构设计和流道几何参数直接影响 PEMFC 输出性能和稳定性。基于不同流场设计的 PEMFC，其输出性能差异较大。固定质量空气和氢气供给时，气室设计是影响 PEMFC 输出性能的关键因素，而气室设计又与流道设计有关。流场结构复杂的 PEMFC 具有较高的质量传输速度和稳定性，但同时也会增加压降和压力损耗。因此，流场结构的设计应综合考虑传质性、动量性和适配性等因素，以实现最佳平衡点的输出性能。
四、结论
在 PEMFC 设计中，流场结构是影响 PEMFC 性能的重要因素之一。目前 PEMFC 流场结构设计的研究重点是选择适当的优化措施来解决气室设计和质量传输等问题，以实现 PEMFC 的高效输出。未来 PEMFC 的研究方向是降低制备成本、提高 PEMFC 输出功率、同时提高 PEMFC 对环境的适应性和耐久性，为 PEMFC 实际应用提供更加全面、可靠的技术支持。