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氢能源的利用和发展是新能源领域研究的重要内容。质子交换膜燃料电池（PEMFC）和碱性水电解池（AWE）都是氢能利用或转换的载体。反应气体和生成气体分别在PEMFC和AWE中的传输过程直接决定了其效率。对于发展PEMFC中低Pt载量的膜电极而言,阴极的氧气传输至关重要。解决气体扩散层（GDL）中疏水涂层与孔隙结构的协调关系,以及催化层（CL）中的局域氧气传输问题是研究的关键点。另外氢氧气体析出附着在电极表面而形成局部气泡也是AWE中过电势损失的关键因素。本论文对PEMFC中GDL和CL中的氧气传输效应以及AWE中气泡效应的进行了研究。主要结论有:（1）不同PTFE载量对于GDL中的氧气传输影响研究表明:在干态评价区内,GDL的菲克氧气扩散能力随着PTFE载量的升高而降低,测试温度升高而升高。阴极使用10 wt.%PTFE疏水的GDL具有最佳的电池性能,其最大电池功率为1.003 W/cm2.MEA,对应1686.6 mA/cm2@0.595V。在高电流密度条件下,过高PTFE载量的GDL更容易堵水,特别是在相对低温高压的操作条件下。这可能与PTFE在GDL内部不均匀的涂覆有关;（2）热处理低Pt载量CL的研究结果表明:在290℃以下范围热处理,全氟磺酸树脂膜颜色变黄变深,EW值有少量的增大,说明有磺酸根脱落,但不明显;通过SEM的观察,在100-170℃范围内热处理,对催化层结构影响不大;在100℃、135℃、170℃热处理,对低Pt（0.1mg/cm2）催化层的氧传质阻力的降低作用不大,但对超低Pt催化层（0.02mg/cm2）的氧传质阻力的降低作用显著。170℃热处理的0.02mg/cm2的CL的氧气传质阻力可以接近0.1mg/cm2的CL的氧传质阻力。说明热处理确实可以通过降低局域氧传质阻力来降低整个催化层氧传质阻力;（3）低Pt催化层最大质量比功率密度研究表明:催化层中Pt载量越低,虽然局域氧传质阻力增大,但是Pt催化剂最大质量比功率密度却变得越大。而且这些变化在Pt载量0.1mg/cm2处出现拐点,小于0.1mg/cm2,变化加剧。这说明低Pt载量催化层中催化剂利用率高,其性能主要由活化极化和局域氧传质极化决定,而高Pt载量催化层中催化剂利用率低,其性能由总的传质极化决定;（4）催化层中Pt表面离聚物的特性研究表明:对于20 wt.%的Pt/C催化剂,其催化剂墨水中表现出最佳电化学性能的Nafion含量范围为30 wt.%-40 wt.%。在40℃测试温度下,催化层中纳米Nafion薄膜在界面处亲疏水性可能会发生变化,从而影响ORR活性和氧气传输;（5）AWE电池气泡效应引起的阴极和阳极反应过电势损失可以通过引入Hg/HgO参比电极来进行有效区分。在低电流密度下,阳极OER对电池性能具有瓶颈效应。通过气泡动力学的模型可以建立电压与电流密度之间的定量函数关系。该函数关系可以有效的预测和指导AWE制氢的能耗（≤0.5A/cm2）。