燃料电池具有能量转换高效、排放绿色环保、运行稳定安静的优点,受到学界和工程界的广泛关注。质子交换膜燃料电池（PEMFC,Proton Exchange Membrane Fuel Cell）和碱性阴离子交换膜燃料电池（AEMFC,Anion Exchange Membrane Fuel Cell）是两种典型的燃料电池。作为两种电池的唯一产物和交换膜导电的重要支撑,水的管理对两者性能输出、运行稳定具有重要意义。随着燃料电池系统的发展,在低外增湿甚至无外增湿下自增湿的研究日趋繁多,然而这些研究大多只是寻求减轻对外部加湿的依赖,降低附属设备的功率消耗,不能在实现自增湿的同时,提高系统整体的对外输出。本研究充分结合了PEMFC和AEMFC的产水特性,我们提出了一种将PEMFC和AEMFC串联实现自增湿的设计,依靠实验和仿真模型多角度,深层次探究了在不同工况、系统优化等层面的特性。本文主要的研究工作包括:（1）以商业PEMFC和实验室自制的AEMFC为核心,构建和装配了燃料电池串联自增湿系统,搭建测试台架和电化学表征系统进行实验测试,验证了燃料电池串联自增湿系统的可行性,系统地探究了在平行、蛇形流道,低、中、高负载水平,纯干路及低外部增湿工况下的性能变化和电化学特性。结果表明,在低湿度下,燃料电池串联自增湿系统对PEMFC定电流工作下的电压提升显著,性能最高提升39%。同时电化学阻抗结果显示欧姆阻抗、活化阻抗和浓度阻抗均明显下降。对于中高程度的负载,串联自增湿效果最好。对于AEMFC,也受益于自增湿系统有性能的明显改善。此外,还对电化学阻抗结果进行了拟合,从而定量分析自增湿系统对性能增长的帮助。（2）搭建燃料电池串联自增湿系统单流道准二维模型,模拟了串联自增湿系统的产水特性、工质使用情况。仿真计算结果中PEMFC性能变化和欧姆阻抗与实验结果对照显示出良好的一致性。结果表明,通过减小阳极进气流量有助于液态水向气态水的相变,进而增加自增湿能力。此外,预测了随着AEMFC研究的进展,当采用更薄的AEM时,其性能将达到更高的水平,象征着AEMFC在串联自增湿系统阳极的上游将提供更多的加湿效果。