质子交换膜燃料电池（PEMFCs）的耐久性问题依然是阻碍其进一步应用的关键因素。气体扩散层（GDL）作为PEMFCs的核心组件膜电极（MEA）的重要组成部分,通常由基底层（substrate）和微孔层（MPL）两部分组成,是燃料电池的水管理中心,其最重要的作用是使气态反应物从流道均匀地向催化剂层移动,此能力与氧传质阻力紧密相关。同时,GDL的另一个重要功能是以一定的速度排出阴极产生的水,避免在大电流密度下阴极催化层发生水淹。另一方面,也要避免因失水过多而导致的膜和CL的过度干燥,从而降低燃料电池的离子电导率,增加燃料电池的内阻。在长时间的耐久性试验中,GDL这些功能的衰退特别是氧传质阻力的变化是单电池在高电流密度下性能下降的关键因素。本文的主要研究内容如下:（1）质子交换膜燃料电池耐久性失效分析及其对气体扩散层氧传输的影响:在恒电流密度为800 mA/cm²条件下进行了1465小时的在线单电池耐久性实验。用极化曲线、循环伏安曲线和电化学阻抗谱等测试手段诊断和了解了测试过程中单电池的性能变化。以极限电流为工具对GDL在耐久性试验前后的总氧传质阻力(R_total)进行了区分和计算。此后用扫描电镜和接触角测量仪对GDL的表面形貌和疏水性进行了表征。结果表明GDL是导致燃料电池失效的第一组分;R_total-I_lim曲线表明经过1465小时耐久性测试后,GDL的基底层和微孔层的氧传质阻力明显增大,干区变窄,这意味着气体扩散层水管理能力的丧失。扫描电镜和疏水性分析表明,这可能是由于气体扩散层中碳的氧化和聚四氟乙烯的损失所致。（2）以极限电流为工具分析相对加湿度对扩散层耐久性的影响:在恒定电流密度为800 mA/cm²,相对加湿度（RH）为70%和100%条件下分别进行了2040和1465小时的在线耐久性实验。采用极限电流法分析了气体扩散层（GDL）耐久性试验前后的氧传输阻力,发现两次耐久性试验后电池的极限电流密度均发生下降,即氧传质阻力增大了,但是后者变化远远大于前者。SEM和疏水性分析也表明虽然单电池在100%RH老化时间比70%RH下少了近600小时,但是前者的GDL水管理能力较后者明显下降更多,有严重的水淹发生,而70%RH下虽然单电池运行了2040小时,但是电池的水管理能力仅略微下降。