目前,由于持续开采化石燃料导致能源短缺以及全球性气候变暖的问题备受关注;开发可持续发展的绿色环保能源利用技术,被认为是缓解该问题的有效手段。质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种高能量密度、绿色环保和安全的能源利用技术,可以将氢能转化为电能并且产生的副产物仅仅是水。但是由于PEMFC内部存在的水热问题会导致催化剂（CL）被腐蚀甚至是破坏等问题,从而缩短电池使用寿命并降低电池性能,这极大程度上制约了它的商业化发展。为解决PEMFC水热问题,本文以阴极侧通道结构为研究对象,提出了一种耦合冷却通道和反应通道的新型通道结构。开展了通道结构参数、运行特性以及通道优化的三部分研究,探究新型通道结构对电池内部水热管理及电池性能的影响。具体的研究内容和结论如下:（1）首先,基于已验证的数值模型,研究了用于耦合冷却通道与反应通道的孔参数,包括单孔的尺寸、位置以及孔的数量。研究结果表明:最优单孔参数是长为0.4mm,宽为0.5mm和位置为20mm,这可以最大程度地提高PEMFC的电流密度输出。而增加阴极通道末端的孔数,可改善阴极气体扩散层和催化层（GDL/CL）界面中的氧气质量分数并降低水浓度。可以有效缓解水淹问题。（2）其次,通过研究阴极侧入口的相对湿度、温度以及阴极化学计量数,来探究该类新型通道下电池运行参数对电池性能的影响。结果表明:空气湿度和温度的变化对PEMFC的电流密度影响很小。在低阴极化学计量数时,与传统通道相比,具有五孔（H5）通道结构的PEMFC的电流密度明显提高。在高阴极化学计量数为2.4时,与传统通道相比,PEMFC的最大水饱和度降低了37.1%。尽管如此,高化学计量数下的新型通道电池性能增强幅度有限。（3）最后,为强化电池的水热管理能力。提出了两次优化,分别改变冷却通道倾角和中间隔板来探究其对电池内部的水热分布的影响。结果表明:改变冷却通道倾角（θ）增强了PEMFC的排水能力。与阴极化学计量数为1.8时的传统通道相比,θ=0.20°的H5中的最大水饱和度降低了43.10%且电流密度相比增加了12.54%。另外,新型通道几乎不会增加压降。基于中隔板的结构优化结果表明:在反应通道内,靠近出口的水扩散速率明显提高,且靠近入口侧的水往出口侧加速的迁移。整体的温度和氧气的均匀性得到明显提升。经对比分析发现,基于中隔板的优化可以降低最大水饱和度达60%左右。