在“30·60碳中和碳达峰”的目标下,氢能因不含碳元素、可从多种物质中制取的优点,被认为是双碳目标下的理想替代燃料之一,氢燃料电池技术作为氢能的主要利用方式之一被予以厚望。流场板和气体扩散层作为燃料电池的关键部件,共同构成电池的流场结构,负责反应气体的分配与再分配,而单电池间的装配压力直接影响了二者之间的接触结构,导致扩散层结构和传输特性不均匀变化,进而影响电池性能。本文以质子交换膜燃料电池气体扩散层与流场板流道结构为研究对象,借助多物理场耦合软件COMSOL,通过数值模拟与理论分析相结合的方法研究了气体扩散层结构及传输特性参数对电池性能的影响规律,研究了不同装配压力作用下的气体扩散层结构和电池性能变化,提出了三种流道优化结构并模拟了不同流道结构下的电池工作过程。论文的主要工作和成果如下:首先,通过建立的燃料电池电化学模型模拟对比了不同扩散层孔隙率、厚度及孔隙率梯度形式下的电池性能,结果表明:当扩散层孔隙率为0.6时,电池的综合性能最佳;在保证扩散层机械强度的情况下,扩散层越薄电池性能越好;本文设计的四种孔隙率梯度结构均在不同方面、不同程度上提高了电池的性能,其中孔隙率沿气体入口方向线性增加的梯度化结构对电池性能的提升效果最显著。其次,基于燃料电池固体力学与电化学耦合模型,模拟研究了不同装配压力下的扩散层结构及传输特性变化以及电池性能的影响,结果表明:随装配压力的增大扩散层结构和电池内的物质分布不均匀性加剧,电池性能降低,当装配压力为2MPa时,膜内膜态水含量最高,质子导电率最高,同时电流和功率密度降低速率出现突降的现象。最后,针对装配压力加剧气体扩散层结构不均匀变化和电池性能降低的现象提出了三种流道结构优化设计,结果表明:通过引入流道肋边斜角改善了装配压力作用下的流场板与扩散层接触结构,提升了电池性能;当流道肋宽比为1.25-1.75时,电池的综合性能最好;流道侧壁倾斜结构增大了反应气体向反应界面的扩散速率,当流道侧壁倾斜度为70°-75°时,电池的综合性能最好。