随着环境问题和能源危机的日益严峻，人们越来越关注一种清洁高效、多用途的能源载体——氢。氢气的来源有水、化石燃料、有机物等。氢气的制备方法已发展出很多种，既可通过化学方法对化合物进行重整、分解、光解或水解等方式获得，也可通过水电解制得。利用基于固体电解质的质子交换膜电解池电解水制氢是一种很有前景的途径之一，近年来已成为各国的研究重点。以固态聚合物电解质为核心部件的还有被动式直接甲醇燃料电池，被动式直接甲醇燃料电池以无污染、能量密度高、效率高等特点，被认为是最有前景的小型电源。　　本文设计了质子交换膜电解池，其中的阳极流场板包括平行流道和蛇形流道两种不同类型，分别有三种不同的尺寸。基于此电解池，设计搭建了质子交换膜电解池实验系统，可以实现温度控制、阳极供液、气体收集并测量、阳极可视化观测和数据采集等功能。研究了温度对电解池性能影响、不同流道对电解池性能的影响，以及蛇形流场和平行流场内的两相流现象。　　在本课题组设计的被动式直接甲醇燃料电池的基础上，搭建了用于被动式直接甲醇燃料电池的双侧同步观测实验系统。利用此实验系统，在常重力条件下研究了运行温度、甲醇溶液浓度和电池倾角对电池性能的影响。研究发现(1)运行温度对燃料电池的性能影响最大，温度升高时燃料电池的性能也随之升高;(2)甲醇溶液浓度存在一个最佳值，减小或增大甲醇溶液的浓度，电池的性能都会降低;(3)低电流密度区内倾角较大的极化曲线较高，而高电流密度区，倾角较小的极化曲线较高。　　依托于中国科学院力学所国家微重力实验室的微重力实验系统，研究了短时微重力条件下，电池的性能和阳极的两相流现象。研究结果表明(1)进入微重力条件时，气泡的形状、数量和运动速度发生了变化;(2)进入微重力后，自由液面消失，液面以上的气体在进入微重力时汇聚为近似圆形的气团，悬浮在溶液中;(3)重力消失后，电池的性能会降低，不同工况时，降低程度不同，高浓度时性能降低幅度大于低浓度时，倾角较大时降低幅度大于倾角较小时;(4)振荡过程中附着在膜电极表面的气泡迅速脱离了膜电极表面，而新生成的气泡在很小时就因振荡而脱离，电池的性能得到了提高。