质子交换膜燃料电池（PEMFC）是利用氢气和氧气发生电化学反应发电的设备,有着效率高、可靠性强、无污染等特性,被广泛应用于汽车、船舶和航空航天领域。双极板作为燃料电池核心部件,有着支撑膜电极、流体分配、冷却散热等功能,其流场设计直接影响电池的传热传质性能。传统流场在高电流密度下运行时往往存在传质效果不佳、水淹及温度分布不均等问题,导致电池发电性能下降。本文提出新型M形流道,建立新型M形流场数学模型,并通过数值仿真和实验分析研究其对燃料电池性能的影响。基于热力学熵增原理开展了燃料电池流场的优化设计,提出了一种新型的M形流道。建立新型M形流场数学模型,通过数值仿真计算,对新型M形流场与传统流场传质效果和发电性能进行对比研究。结果显示,新型M形流场熵增更,传质效率、氧气分布、排水性、发电性均得到提高。M形蛇形流场和M形平行流场最大功率密度分别为0.74(2/（88）和0.73W/cm。通过数值仿真分析,对M形流场结构参数进行优化。研究障碍物不同高度、宽度和间距对流场发电性能、氧气分布、液态水分布、速度及压降的影响。结果显示,在M形蛇形流场中,障碍物高度、宽度、间距减小有利于M形蛇形流场综合性能提升,在M形平行流场中,障碍物高度居中、宽度和间距较小时M形平行流场性能更好。当高为0.2mm、宽为0.1mm、间距为0.1mm时,M形蛇形流场表现出更好的性能,最大功率密度为0.8(2/（88）。在M形平行流场中,障碍物高0.4mm、宽为0.2mm、间距为0.2mm时性能最好,功率密度为0.79(2/（88）。对M形平行流场,波浪形流场和传统平行流场进行试验对比分析,研究不同流场在不同工况下发电性能。试验结果显示,M形平行流场在温度为70℃,相对湿度为1,阳极过量系数为1.5,阴极过量系数为2.5时发电性能最好。同时对上述流场进行反应气体消耗量实验和运行稳定性实验。结果显示,在相同功率密度下,M形平行流场反应气体消耗量最低,分别节省24%的氢气和25%的氧气。在恒电流密度稳定性实验中,M形平行流场保持稳定运行。