本文以质子交换膜燃料电池在交通运输、分布式电站、移动电源及航天等领域的广泛应用前景为背景,着重研究了质子交换膜燃料电池(PEMFC)内气体扩散层(简称扩散层,gas diffusion layer, GDL)中的H20传递行为。从传热学、热力学及流体力学基本理论出发,通过离线实验研究手段以及模型研究,探讨了扩散层内关键参数对H20传递特性的影响,并对该传递过程的微观特征进行了理论探讨,获得对扩散层内H20传递机理的掌握。通过设计并建立离线可视化实验台,对液态水在扩散层中的突破过程进行了观测研究,得到不同温度下突破压力值,发现突破过程存在一个固定流通通道,并且过程中压力随温度变化趋势为：随着扩散层温度的升高,液态水在其内的突破压力呈近似线性降低；扩散层表面突破液滴应及时吹扫,且蛇形流场板利于液滴的排出。通过离线实验,对水蒸气在扩散层内的凝结传递过程进行了观测,发现了水蒸气在经过疏水处理的扩散层内会发生凝结,且凝结液滴分散在扩散层内孔隙中,随着凝结的持续发生,各个分散的凝结液滴有汇聚的趋势并在一定条件下形成液态水突破扩散层的过程。同时通过测量不同扩散层疏水处理程度,即聚四氟乙烯(PTFE)载量以及微孔层(micro porous layer, MP)对H20凝结速率的影响,得出减小PTFE载量及增加微孔层能降低水蒸气凝结速率进而减少传质极化的发生。通过分别采用纤维网格模型及孔隙网络模型对液态水突破扩散层的过程进行建模研究,发现模型能较好地预测突破过程。发现扩散层润湿性分布不均会导致突破压力的增加；当扩散层具有较多大尺寸孔隙时,液态水的突破压力较低且扩散层内液态水饱和度较高。同时将孔隙网络模型用于预测水蒸气在扩散层中的凝结速率,发现增大孔隙率及平均孔径、增加扩散层入口边界温度及扩散层两端温差能提高水蒸气凝结速率,且扩散层内凝结热对其内部温度分布影响可以忽略不计。通过分析进入催化层中产生H20的微观过程,得到进入扩散层中的H20为水蒸气和液态水共存状态;发现了水蒸气在扩散层中的凝结受到碳纤维表面缺陷及微孔层碳粉颗粒的影响,扩散层的导热系数对扩散层内温差进而对凝结影响较大,液态水在扩散层中的流动为毛细流动过程,其流量受碳纤维尺寸及基底层和微孔层厚度的影响,同时微孔层裂缝不利于扩散层内液态水向流道侧的排出;通过对扩散层固有参数对H20传递过程的影响进行参数研究,给出最利于扩散层内水管理的参数组合。