燃料电池的高效率和它对环境的友好性使得其在便携电源上有很大的应用前景。对于便携式电源,传统的燃料电池系统显得十分臃肿。为了简化传统的燃料电池系统,风冷电堆成了一个可行的方法。风冷燃料电池电堆简化了电堆中的冷却系统,空气压缩机或气泵等系统,加湿系统。这使得燃料电池在便携式电源的应用上更加方便。系统的简化使得风冷电堆和传统电堆的操作条件有较大差异,因此对风冷电堆的传热、传质规律进行探讨,以优化电堆的流场和MEA结构,在简化系统的同时又保持电堆高性能输出是非常必要的。本文主要研究内容与结果如下。(1)分析了风冷电堆工作状态,探讨了其中的传热、传质规律,建立了简化的热、质传输平衡模型。(2)通过模型进行模拟计算,认为在风冷电堆通常运行的温度范围30-70℃内,电堆的散热以空气强制对流为主,辐射散热量和自然对流散热量远小于强制对流散热量。这点和有的文献描述相差较大。同时,当电池运行温度一定时,在电池结构强度和接触电阻允许的范围内适当增加开孔率,提高流道的长宽比,可以提高风冷电堆的散热效率。电堆开孔率在60%-70%之间,流道截面积形状%在1.4-1.8之间电池的散热效率最佳。另外,GDL的保水能力与GDL的厚度和孔隙率有关。GDL越厚,孔隙率越低,其保水能力也越强。在保证氧气传输的前提下,在500mA/cm2@0.6V工作时,GDL厚度应该是0.7mm,孔隙率为60%。(3)对不同流场及结构及不同MEA特性的电池进行了实验研究。认为电池的性能随着GDL厚度的增加而增加,增加到最大值0.6mm时随着GDL的厚度增加而减小。对GDL的疏水处理不仅可以在常规电池中有利于电池的排水,还可以提高未加湿风冷电堆的性能；GDL疏水程度为40%时,电池的性能发挥至最大值。在同时处于低湿度状态下,WUT复合膜的电池性能比Nafion膜电池的性能要好。(4)对风冷电堆的操作条件进行了优化研究。实验得出,实验风冷电堆的最佳运行温度为65摄氏度；实验风冷电堆的性能随着风量的增加而增加,当增加到2.68m3/min时电池性能最佳,当风量进一步增加时,电池由于被冷却空气带走过量的水分,电池性能降低；阳极采用dead-end模式可以使得阳极的水含量增高提高电池的性能,节省燃料。