质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)因具有效率高、零污染、可室温运行、响应速度快等特点,在交通运输等领域受到广泛关注。然而,在其大规模商业化进程中仍存在一些技术障碍亟待解决,比如进一步降低成本,提高稳定性,增加耐久性等。进气方式作为燃料电池的重要操作条件,与反应气体的传输、水的流动以及热的扩散等因素密切相关,直接影响到电池的性能与内部分布特性,继而影响到电池的稳定性和耐久性。本论文利用一种改进的PEMFC内部温湿度原位测量方法,从电池的输出性能、内部温湿度的分布特性以及动态响应三个方面对比研究了并流与逆流两种进气方式,并针对不同的操作参数提出了最优的进气方式选择,这对于改善PEMFC的性能、稳定性和寿命,以及推进其商业化进程具有一定的积极意义。本文改进了一种PEMFC内部温湿度原位在线测量方法,与国内外现有方法相比,操作简单,成本低,可在不破坏电池结构完整性的基础上进行电池内部各分区的温湿度的在线测量。并通过极化曲线评估了该方法的可行性,结果表明传感器的置入会导致电池性能略微下降,但不会影响后续研究。通过设计并制作的PEMFC内部温湿度原位测量系统,实现了不同进气方式对PEMFC单电池的稳态性能影响的对比研究。结果表明:提高进气湿度会导致电池输出电压升高,而与进气方式无关。在同一进气湿度条件下,当电池工作在中等(0.9 A cm-2)或较低(0.3 A cm-2)电流密度时,选择逆流会使电池获得更高的输出电压和更均匀的温湿度分布;但当电流密度较高(1.5 A cm-2),尤其是进气湿度也较高时,选择并流可以使电池保持较高的性能、更小的温差并避免发生水淹现象。通过该测量系统还研究了电流密度阶跃变化过程中进气方式对PEMFC内部温湿度动态响应特性的影响。结果表明:当进气相对湿度为阳极50%阴极0%时,逆流时温湿度的波动性较小,且湿度响应迅速,逆流是一种更优的选择;进气相对湿度超过50%时,温度响应时间相近,逆流时湿度响应的变化幅值超过10%,不利于电池的稳定性和耐久性,并流是一种更优的选择。