燃料电池是一种新型的可持续绿色环保的清洁能源设备。Proton Exchange Membrane Fuel Cell（简称PEMFC）质子交换膜燃料电池是燃料电池技术中应用最广泛的一类,由于其效率高、无污染、用途广和可靠性强等优点,汽车、船舶和航空航天等领域均采用该技术制造电能或动能。双极板是燃料电池的一种核心零部件,主要作用为支撑膜电极、提供氢气、氧气和冷却液流体通道并分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量,其流场设计会直接影响流场内的传热传质效应,对燃料电池的性能和寿命有着重要的影响。PEMFC质子交换膜燃料电池中平行流场应用最为广泛,但平行流场在高电流密度下运行时会产生电流密度分布不均匀的情况,且流场内温差大会导致局部温度过高和氧气浓度分布不均匀等问题,影响着燃料电池的性能。因此,本文在传统平行流场和金属泡沫流场的基础上提出了一种新型附加出口流场来强化PEMFC的传热传质能力,并且通过实验测试研究来验证该新型附加出口流场对PEMFC质子交换膜燃料电池性能的影响。针对PEMFC质子交换膜燃料电池传统平行流场中传质不均匀,温度不均匀和高电流密度下容易发生水淹等问题,本文提出了一种新型附加出口平行流场,利用数值计算对附加出口平行流场的阴极氧气浓度分布、电流密度分布、温度分布、流道中液态水活性,膜中水饱和度和流道中流体速度等特性进行仿真分析,并与传统平行流场进行数据对比。结果表明:附加出口可以有效的改善PEMFC质子交换膜燃料电池的传热传质问题,其强化传质的机理是附加出口的设置会减小附加出口附近区域的压强,提高增大流道中的压差,也相应提高了流道中燃料气体的流速也相应提高,从而增强流场内部气体的扩散速率。此外,通过对比分析不同位置附加出口的数字仿真结果,得出当附加出口设置在气体流动方向对应边的“中点”时,燃料电池性能提升最高为13%。此外并且,对于不同活化面积的平行流场,附加出口均可提高其电池性能,并且最优位置同样为气体流动方向对应边的“中点”。通过分析传统平行流场中的氧气浓度分布,得出该“中点”附近的流道中氧气浓度较低。其次,对于金属泡沫流场中的燃料气体是通过扩散的方式进行的传播的,导致阴极氧气浓度分布不均匀,传质效率较低。为了强化金属泡沫流场内的传质特性,本文提出了一种新型附加出口金属泡沫流场,建立了燃料电池的数值模型,并且通过上述平行流场中最优附加出口设置依据,在金属泡沫流场氧气浓度分布较低区域设置附加出口。通过数字仿真,本文研究分析了附加出口对金属泡沫流场燃料电池输出性能、氧气分布、电流密度分布、压力分布和温度分布的影响。结果表明:与金属泡沫流场相比,新型附加出口泡沫流场中氧气浓度高的区域向附加出口扩散明显,氧气浓度分布更加均匀,强化了燃料电池的传质能力,并且使温度分布也更加均匀。在0.4V电压下,采用附加出口的金属泡沫流场的电流密度比传统金属泡沫流场的电流密度提升了10.3%。最后,通过实验测试的方法对附加出口平行流场在不同工况下的电池性能进行了研究,并将其与传统平行流场进行对比。实验结果表明,在不同工况下,相比传统平行流场,附加出口燃料电池的性能提升均在7%以上。