质子交换膜燃料电池中的水气传输对燃料电池的性能和耐久性有着重要影响。可视化实验方法是研究电池内部水、气流动以及液态水分布状态非常重要的一种方法,可以直接观测液态水和/或雾汽在流道内的生成及移动,有利于了解燃料电池内部的传输特性,优化其水气管理,从而达到提高电池性能及耐久性的目的。本文利用高速摄像机,观测了若干种流道结构和碳纸结构的透明燃料电池流道内的水气传输,研究其传输特性,主要研究结果如下：(1)直流道气体分布很不均匀,中间区域的流道内气流量较小。液态水会在脊岸边缘和流道内两个地方生成、聚集；在较大范围的电流密度下,由于脊岸内的局部电流密度大于流道内的局部电流密度,所以脊岸下电化学反应生成的水也多余流道下部,而流道内水的蒸发量远远大于脊岸内液态水蒸发量,脊岸边缘处的水珠生成速率大于GDL上的生成速率。脊岸内生成的水珠受到亲水脊岸的毛细力和气体推动力的作用,水珠会被拉扯成扁平状或至液膜状；而流道内生成的水滴由于碳纸疏水,接触角大于90°,水滴会形成球体。(2)将电池阳极侧气体出口堵死(dead-end),提高了阳极侧气体压力,同时在阳极侧形成水雾,电池性能提高。但经过一段时间后,水汽浓度过分增加,同时氢气中的其他杂质也会累积,导致氢气浓度下降,使得电池性能下降。因此阳极侧使用dead-end方式运行电池,配以优化的尾气排放间隔,可以简化阳极侧的加湿方式,提高阳极侧的气体压力,以提高电池性能,同时提高氢气利用率。(3)亲水碳纸电池在运行时容易在碳纸表面形成液膜,液态水排出困难,因而使气体扩散受阻；疏水碳纸电池在运行时在碳纸表面形成液珠,液态水排出相对容易,因而能保持气体扩散。碳纸上打上适当孔径的通孔,有利于催化层及扩散层中液态水的及时排除,保持反应气体的扩散,提高电池性能。碳纸上打孔的孔径优化值在0.3-0.4mm左右。(4)在相同的流通截面积和相同的运行条件下,在流道横置时,梯形截面流道(流道截面与碳纸接触边的边长大于其对边,也即实际的模压金属板的流道形状)不利于液态水的排除,容易堵塞流道；在倒梯形截面流道(流道截面与碳纸接触边的边长小于其对边)中,液态水流动顺畅,流道不易造成“水淹”。因此,考虑流道的排水要求,在金属板冲压成型的工艺得到满足后,拨模角度应越小越好。