燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的电化学装置。就冷却方式而言,燃料电池可分为风冷燃料电池和水冷燃料电池。风冷燃料电池将冷却功能与阴极流道结合起来,有效地减轻了燃料电池系统的重量和复杂性。本文研究了风冷质子交换膜燃料电池的性能并对其做出了优化。对风冷质子交换膜燃料电池（PEMFC）内部传质现象及其机理进行了研究。从温度、湿度、氧分布等方面系统分析了对PEMFC性能影响的因素。由此可以得出以下结论:在风冷PEMFC中,水的饱和度在空气流动的方向逐渐增加,液态水大部分聚集在阴极肋下的阴极气体扩散层（GDL）部分的内部。H2和H2O的质量分数分布在氢的流动方向上呈周期性分布。阴极肋下的H2质量分数低于流道下的H2质量分数,而H2O质量分数则相反。阴极侧O2质量分数和H2O质量分数的分布与阳极侧H2和H2O质量分数且分布相似。局部电流密度的分布受膜的含水量分布的影响,水化程度越高的膜的电流密度越大。阴极肋下的平均温度低于阴极流道下的平均温度。最低温度出现在阳极出口附近。阴极流场的结构对燃料电池的性能存在影响。由于阴极流道的结构是风冷PEMFC性能的关键,它在空气流动的分布中起着重要的作用,空气既是风冷PEMFC中的冷却剂,也是风冷PEMFC中的反应物。基于数值模型,研究了温度、相对湿度和氧气浓度分布的特征,系统地讨论了阴极流道不同参数的对电池性能的影响。由此可以得出以下结论:对于风冷PEMFC,阴极流道下的相对湿度和温度要低得多,因为风扇引入的空气在去除水和热量方面起着重要的作用。它可以防止电池过度润湿或过热,并为风冷PEMFC的反应提供氧气。当流道宽与肋宽之比为1:1时,流道宽的增加会导致电池性能降低,以及相对湿度和氧气浓度分布的不均匀性增加。由于水的影响,沿阴极流道方向的相对湿度逐渐增大,并在阳极氢气沿阴极流道垂直方向流动的方向,呈现出有规律的波动。肋宽与流道宽比值小于3时,电池性能随肋宽与流道宽比值的增加而增强,大于3时,随着比值的增加,性能下降。肋宽的增加和流道宽度的减小导致排水和传质的阻力的增加。对阴极流道肋开口能提高风冷PEMFC的性能,它通过增加反应物与膜的接触面积来增强从流道到催化层的传质。针对中低空无人机用风冷PEMFC不同运行工况,对风冷PEMFC的性能进行了研究。建立了不同海拔高度下的风冷PEMFC模型,通过对不同海拔高度下的电池进行数值计算,从电流密度、不同海拔高度等方面,系统地分析了风冷PEMFC的功率密度、输出电压和输出电效率,以及氧气浓度和水的分布。得出以下结论:随着海拔高度的上升,由于工作环境温度、空气密度和大气压力逐渐降低,因此,电池功率密度、输出电压及电池输出电效率越来越低。在相同海拔高度下,随着电池的电流密度增加,导致电池内反应速率变快,反应物的消耗速度也变大,阴极氧气浓度变低,导致电池输出电压下降。电池的功率密度不断减小。而在相同的海拔高度下,电池的功率密度随着电流密度的增加而增加。但是随着海拔高度的增加其增加的幅度越来越小。