随着世界上传统能源的枯竭以及化石燃料燃烧所带来的环境污染日益严重,人类开始寻求清洁无污染的新能源。氢气由于其能量高、无污染,被认为是未来的主要能源之一。燃料电池能将氢气所具有的化学能直接转换成电能,不受卡诺循环的限制,能量转化效率高,无污染,无噪音,具有着广阔的应用发展前景。利用甲醇原位制氢技术与燃料电池技术集成,是目前的研究热点。本文通过将理论与实践相结合,进行了甲醇原位制氢-质子交换膜燃料电池系统集成的整体实验设计及性能验证,实现了系统的稳定输出,具有一定的创新性。系统设计以及验证主要分甲醇原位制氢模块以及燃料电池模块两大部分进行,开展了流程模拟分析、系统工作原理、系统设计优化、性能测试与分析等多方面的研究。首先用Aspen Plus对甲醇水蒸汽重整制氢反应体系进行了热力学模拟分析,利用灵敏度分析工具优化设计条件,为实际实验提供可靠的热力学依据;通过催化剂评价试验,采用多因素分析法对甲醇水蒸汽重整制氢催化剂和一氧化碳甲烷化催化剂的使用条件进行了考察,确定实际适宜反应条件;将两种催化剂进行高效耦合装填设计,进行稳定性实验,使产品气质量符合燃料电池对燃料的要求。在系统设计方面,主要结合甲醇原位制氢模块和燃料电池模块设计搭建,分为中央控制、温度采集、气液泵驱动、电加热、电子负载等功能集成,采用SIMATIC S7-1200控制器作为系统的控制核心,能自动实现对甲醇溶液的进料速度,温度管理,电池功率输出等操作条件的调控。测试并分析了系统样机的启动特性和输出特性,系统功能得到初步验证。本文完成的甲醇原位制氢-质子交换膜燃料电池系统具有较好的扩展性以及兼容性,具有较高的实用价值,对于今后的科研工作具有一定的参考价值。