摘要燃料电池被称为新世纪的绿色能源，世界各国正在投巨资加速开发研究。中国在燃料
电池的基础理论研究方面，与发达国家差距并不太大，但在关键材料、制造与封装工艺方面
有相当的差距。本文重点介绍了燃料电池结构设计、制造和封装中的若干关键技术和相关力
学问题，其中包括流体动力学问题、多相流体渗流问题、材料的加工工艺力学、温度应力、
封装工艺力学、密封和结构优化等。

关键词：燃料电池，流体流动，渗流，材料加工，结构优化。

1. 序言

燃料电池的基本工作原理是利用氢和氧经过催化过程直接产生电能, 而排出的仅仅是

水和热。由于燃料电池无噪音（极低）、零污染，世界各国都把它视为高新技术领域的头号
攻关项目之一

[1-4]

。与充电电池相比燃料电池具有重量轻、体积小、特别是无需对接电源的

漫长充电过程。实际上充电电池只不过是电能的另一种储蓄手段，而燃料电池则是一种能源
转换和产生的重大技术。燃料电池不仅是交通运输业倍受欢迎的能源之一（例如，代替汽车
发动机），而且是具有重大发展前景的电力生产新技术（例如，小型发电厂）；更为可贵的是
它为现代潜艇、坦克及野外作战部队提供了隐蔽性绝好的驱动动力和能源。目前,能源短缺
已是全球面临的重大问题,给大气环境带来严重污染的石油资源总有一天会被人类用尽。如
果人类不能提前发现新型能源，那将是非常可怕的一天。因此，世界各国政府对燃料电池的
开发研究从人力物力等各方面都给予全力支持。世界上各大汽车生产商都在投巨资制定长远
的燃料电池研究开发或合作研究规划，以图枪先占领燃料电池汽车市场。燃料电池已被公认
为新世纪最有前途的新型能源之一。我国政府和科学家已经敏锐地注意到了燃料电池的重大
发展前景，把它列为国家科技攻关的重头之重。在燃料电池的基本理论研究方面，我国与世
界先进国家的差距并不太大。但在结构优化、结构材料、结构集成和封装中还存在相当差距

[5-8]

。

燃料电池发展到今天，除了在电化学性能上要继续攻关以外，比功率是评价燃料电池的

重要指标，这就要求在结构设计和优化方面攻坚，尤其是大功率燃料电池

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。目前燃料电

池结构设计已经摆脱了以往一个电池一种结构的设计思想，而是采用了集成块的设计思想，
即整体结构是由数个甚至更多级高度集成化的子结构组成。这样不仅便于自动化生产和装
配，而且更便于以后的维修，同时对结构封装技术也提出了更高的要求，对其中的一些关键
技术必须从理论和实验上彻底搞清。但是，我们在结构优化、结构材料、结构集成和封装技