术等方面与世界先进水平还有相当的差距，特别是复杂结构的集成和封装技术方面目前还有
许多急需解决的关键问题。这也是阻碍我们的燃料电池走向国内外市场的关键技术之一。本
文主要对燃料电池结构设计、制造、集成和封装中的主要力学问题进行评述。

燃料电池的种类较多,若按燃料的供应方式来分类,可分为直接供氢和间接供氢(燃料重

整)两种,直接供氢就是直接用氢做燃料,没有中间转换过程,间接供氢是通过中间过程先将
其他形式的燃料分离出氢来; 若按工作性质和结构来分,目前正在大量开发研究的燃料电池
大致可分为六种：质子交还膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、
直接甲醇燃料电池（DMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）
若按工作温度来分,可分为低温(<100℃, PEMFC, AFC, DMFC)、中温(

200℃,PAFC)和高温

(500--1000℃,MCFC, SOFC)燃料电池。本文将重点介绍PEMFC的结构材料及其力学问题。

2 燃料电池研究开发中的若干力学问题

2.1 流体动力学问题

燃料电池的燃料供给和分配是用两个侧板来实现的的，两个侧板的主要功能是控制氢

和氧的供应和分配、冷却液循环以及水的排放。因此侧板内的各种通道的设计对燃料电池的
整体性能影响很大，燃料的进出流动和水的排放流动规律是燃料电池重要的研究课题，特别
是水的流动和排放一直是燃料电池挑战性课题之一

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。

催化材料

多孔电极

质子交换膜(电解质)

多孔电极

燃料循环

排出(水)

氧(空气)

燃料进入

双极板

催化材料

图 1 质子交换膜燃料电池工作原理示意图

燃料在通过侧板后进入燃料电池内部的双极板通道（如图 1 所示），在双极板通道内燃

料的流动比较复杂，燃料即有沿双极板通道的纵向流动，又有经过多孔电极材料和催化材料
的横向渗流，还有氢和氧反应后生成的水的反向渗流问题

[9-10]

，同时还有热对流和热传导问

题，此外还有电化学反应问题和质子的迁移问题。在力学上这类问题可归结为多相流体在多
孔介质的渗流问题。目前，在这一方面较深入的研究报道的不多，主要是电化学工作者在进

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