一体式再生燃料电池是以氢气为储能介质的新型能量转换装置，其具有能量密度高，无自放电，对环境无污染等优点，在空间电源、电网储能调峰等应用方面具有广阔的应用前景。　　目前，一体式再生燃料电池的研究主要集中在双效膜电极催化剂的选取、配比和制备工艺方面，电池流场板的设计和材料选择方面，以及电池运行参数优化和系统应用的可行性研究上。然而电池内部的气液两相体系的分布和变化，以及温度和热流密度的分布与电池内部的热质传递相互耦合，对电池性能也有重要的影响。　　本文自行设计加工了一体式再生燃料电池，采用可视化方法和自制温度-热流密度联测传感器的方法对电池内部气液两相体系的演化规律及内部温度和热流密度的变化规律进行了研究，以探究电池内部的热质传递规律，为电池结构的优化和强化热质传递的途径提供实验依据。　　在电解池模式下，研究了不同工作角度对电解池模式电性能和氧电极侧气液两相体系的影响。研究发现，工作角度的改变对电解池模式的电性能影响不大;而对电池内部的气液两相体系的影响则与工作电流密度的大小相关，对在小电流密度工作下的电池内部气液两相体系影响较大，而在大电流密度下，其影响并不明显。本文还研究了温度和电流密度对电池内部两相流的影响，并通过对电池流场内单个气泡的追踪观察，掌握了气泡在流道内的演化规律。同时，本文还对电解池模式下的非稳态过程进行了研究，探究了温度、启动电流密度及电流密度阶跃的大小对电池非稳态过程的影响。　　由于一体式再生燃料电池结构的特殊性，需要自制温度-热流密度联测传感器以对电池内部的温度和热流密度进行测量。本文介绍了温度-热流密度联测传感器的制作过程和标定结果，并对传感器封装及采用聚酰亚胺薄膜代替二氧化硅作为热阻层对传感器的影响进行了测试。通过对标定结果的比较，最终选定103、203和207号传感器对电池内部的温度和热流密度进行测量。　　制作好的传感器布置于一体式再生燃料电池氢电极侧流场板的脊上，测量面朝向膜电极方向，以测量在运行过程中电池内部的温度和热流密度分布情况。研究发现，在燃料电池模式下，电池内部的温度随电流密度的升高而升高，热流密度则呈现先升高后降低的趋势;在电解池模式下，小电流密度工作时，温度呈现降低趋势，随着电流密度的增大，温度则表现为升高的趋势。