走，在低温时这有利于电池具有好的性能，但是随着温度的升高容易使进口处电池中质子
交换膜的含水量减少，使膜的质子传导能力下降，在相同电流下电池的电压降低。所以第二
块电池在

50

℃、55℃下的性能基本相同，在 60℃时的性能下降。同样的道理，氢气进口处

的电池性能在低温时也具有好的性能，但是氢气的流量远小于空气的流量，所以在

60

℃时，

质子交换膜还没有处于失水的状态，在

50

℃-60℃温度范围内第一块电池的性能没有大的

变化，三种温度的曲线吻合的非常好。由于电化学产生的水大部分随着空气的流动被带到空
气出口处，并且出口处的氧气浓度最低，所以在低温时会使氧气向催化剂的扩散困难，造
成电池的性能下降。第四块电池受温度的影响最严重就是由此产生的。随着温度的升高，在
空气出口处的液态水的含量减少，氧气向催化剂扩散又变得容易，而且膜是处于润湿状态
所以电池的性能提高。由反应产生的水会通过膜向氢侧反渗透，所以在氢侧出口附近的液态
水也比进口处的水多，这也造成了第三块电池的性能受温度影响。

3.2 空气计量比对不同区域电池性能的影响
　　空气计量比对电池的性能有很大的影响，图

11-图 14 为 55

℃，不同电池在空气计量比

为

2.0-3.0 范围内的伏安特性曲线。第一块电池在三种计量比下性能基本没有变化。第二块电

池在计量比为

2.5 时的性能最好，然后随着计量比的增加电池性能下降。第三块、第四块电

池的性能都随计量比的增加而增加，但是第四块电池受计量比的影响更大。图

15-图 18 为不

同电池在相同计量比下的性能比较。在

2.0、2.5 计量比条件下电池的性能是第二块电池>第一

块电池

>第三块电池>第四块电池，但是在 3.0 计量比条件下电池的性能是第四块电池>第三

块电池

>第二块电池>第一块电池。

　　空气计量比的增加有利于带走电化学反应产生的水。在空气进口处，电池产生的水很容
易被过量空气带走，随着空气向空气出口处流动，其所夹带的水越来越多，就需要更多的
过量空气来带走反应产生的水，这样当空气计量比小的时候，空气进口处的电池不易受到
影响，容易把进口处通过电化学反应产生的水带走。在空气进口处的电池也就是第二块电池
在

2.0、2.5 计量比时电池性能基本没有变化，在 3.0 计量比时由于空气流量太大，使质子交

换膜变干，所以电池性能出现下降。空气先通过第二块电池，然后就通过第一块电池，空气
在这里的含水量会增加，但是该电池是氢气首先流过的电池，所以一部分产生的水会通过
反渗透由氢气带走，这样计量比对该电池的影响很小，在三种计量比件下，电池的性能基
本相同。反应产生的水主要在第三、四块电池积累，所以计量比对这两块电池的影响最大，
随着计量比的增加，积累在第三、四块电池的水会被带走，电池的性能提高。

4.结论
　　通过把一块大电池分成四块小电池，对一种常见的燃料电池流场进行了研究。在低温、
空气小计量比条件下，在气体出口处的电池容易由于液态水过多造成电池的性能下降，但
是随着温度和空气计量比的提高，电池的性能得到恢复。通过该种方法可以容易的对燃料电
池流场设计的合理性进行判断。