微流体燃料电池是能源危机时代下,又一具有无限潜能的能量转化装置。由于它具有一系列的优点(如不用考虑水热管理,成本低,易集成等)而越来越受到关注。但功率密度和燃料利用率低的缺点限制了它的广泛应用,而决定电池功率密度和燃料利用率大小的重要因素之一是流道的结构。传统的流道截面多为矩形,但矩形截面的流道对燃料交叉扩散和渗透的抑制作用不够理想,燃料的交叉扩散和渗透会形成混合电位和寄生电流,降低电池的性能。本文从改变流道截面以控制燃料交叉扩散和渗透的思想出发,设计一种新型的流道截面——H形,旨在提高燃料电池的性能。文中利用数值计算的方法对传统矩形和H形截面的燃料电池性能进行了研究,并用实验验证了数值计算的结果。主要工作和结论如下:(1)建立燃料电池在稳态下的单相三维数学模型,并对燃料电池内部的液体流动、物质传输、电荷传输、反应动力学等进行模拟研究。得出以下结论:相对于矩形截面流道,H形截面流道通过向内凸起的脊背,能更有效地抑制燃料的扩散和渗透;随着燃料流速的增加,两种燃料电池的性能均随着提升,且在低流速下,相对于矩形流道燃料电池,H形流道燃料电池性能提升的幅度更大,最大功率密度提高达15.2%,最大燃料利用率提高达13.5%;在同样的操作条件下,矩形流道燃料电池产生的寄生电流密度大于H形流道燃料电池;两种电池的性能均随着燃料浓度的提高先上升后下降,且在高浓度状况下,相对于矩形流道燃料电池,H形流道燃料电池性能提升的幅度更大,最大功率密度提高达19.1%,最大燃料利用率提高达16.8%;H形流道燃料电池的性能随着宽高比的增大先提升后下降。(2)自制燃料电池关键部件——阴极气体扩散层和阳极渗透层,并对电池进行组装测试,实验结果验证了模拟的正确性。同时用实验研究的方法得出了在高电流密度区,电解液浓度对电池性能有一定的影响,在低电流密度区几乎没有影响的结论;最后分别以电池最大功率密度和最大燃料利用率为试验指标,设计正交试验,分别找到了对燃料电池功率密度和燃料利用率影响最大的因素,得出了使得两个试验指标最优的组合。