质子交换膜燃料电池（PEMFC）也叫做固体聚合物燃料电池(SPFC),是一种新型燃料电池，它具有可在室温下迅速启动、功率密度高、瞬态过程适应性好等优点，有很大前景成为分布式电站的供能装置和新一代电动车的动力源。但是质子交换膜燃料电池仍面临很多问题，如寿命和成本问题等。本文采取电化学阻抗方法和可视化方法，研究了电池长期运行时电压振荡B区的特性，具体内容如下：首先在常规单电池的基础上，设计了实心聚碳酸酯端板和石墨镂空板的组合结构作为阴极流场，通过摄影系统拍摄阴极流场内液态水的状态，由于在可视化过程中实心聚碳酸酯端板内表面会发生雾化现象，影响可视化效果，为此，将实心聚碳酸酯端板设计为中空聚碳酸端板，通过在中空溶液腔内通入加热的乙二醇水溶液可以消除雾化现象的产生。然而，由于乙二醇水溶液在长时间运行过程中会释放出气泡，气泡聚集在中空溶液腔内，这也影响了可视化的效果，因此，进一步采用纯丙三醇液体作为循环液，在此基础上可视化拍摄效果清晰，电池性能保持不变。在上述优化设计下，本文设计了阴极侧透明的可视化质子交换膜燃料电池，进行以下三方面的研究：质子交换膜燃料电池长时间恒电流运行时，阴极流场内部聚水的成因、排水的规律、电解质脱水的特性以及电池性能周期性恢复的机理，即A区振荡的成因；质子交换膜燃料电池长时间恒电流运行后，使电池停止运行，在停机状态下，电池内部的传质机理研究，这个阶段包括：保持电池运行工况不变、不通氮气冷却、通氮气冷却三种模式；质子交换膜燃料电池停机阶段结束后，重新启动并进行恒流放电，从重新启动的初期至稳定运行的阶段，电池阴极流场内部聚水的成因、排水的规律、电解质脱水的特性以及电池性能周期性恢复的机理电压振荡下降的机理，即B区的成因。结果表明：质子交换膜燃料电池长期运行时，如果要减小B区振荡的振幅和频率，可以采取提高电池运行温度、减小电流密度、减小电池进气湿度的方式。