的最佳化研究的文章，早期的文章像是 Bernardi and Verbrugge [5, 6]、Springer et al.[7]提出的一維、等溫的交換膜與電極的集合，而 Fuller and Newman [8]提出了近似二維分析的質子交換膜模型，而完整的質 子交換膜燃料電池的二維模擬方面，Gurau et al. [9]首先提出完整燃料 傳輸並未考慮到氣體擴散層的現象。You and Liu[10]與 Chen et al.[11]
發展了二維沿著流道在流道與氣體擴散層對流動與傳輸的分析。許多
針對水對電池影響分析的文章[12-14]，Shimpalee and Dutta [12]利用 商用軟體 Fluent 提出三維單相單蛇形流道在不同加濕度下探討多種 氣體混合，而燃料電池內的傳輸現象，主要是受到電滲透及擴散作用 的影響，而流道內流體流動的方向取決於燃料在膜電極中的質量消 耗；由於流體藉穿越作用經過擴散層到達下一個流道，因此蛇形流道 的總壓降會小於直通流道的總壓降，Natarajan and Nguyen [14]則提出 了三維陰極直通型流道的質子交換膜模型，並對照實驗和2-D 模型做 Wang et al.[16]提出，考慮水的蒸發與凝結來探討對電池性能的影 響，Baschuk and Li [4]也提出了數學模型探討陰極流道不同程度水氾 濫的情形，對照實驗的結果來探討，在高流率下可以提高水的排除 率，但當輸入氧氣時，效果會比輸入空氣的效果差，因為氧氣過多會 造成反應過快並產生水的氾濫而阻塞電池；增加操作壓力在低電流密 度也易產生大量的水；高溫在高電流密度也是同樣的情形，所以模型 的結果可以用在最佳化質子交換膜燃料電池的設計與用於電池堆的
情形。針對流道的部份，Yi and Nguyen [17]提出了指差型的設計，在 流道的尾端加入了阻擋使氣體經由強制對流進入了氣體擴散層並提 高了排水性。而He et al.[15]的二維、兩相流、多種傳輸則針對指差 形流道設計探討電極厚度在相對厚的條件下平均電流密度較高，而更 進一步探討流道寬度與肋條寬度比(C/S ratio)得到較大的流道寬度與 肋條寬度比(C/S ratio)可以得到較好的電池性能。Um and Wang [18]
與 Hu [19]提出了三維直通與指差的不同性能分析與比較。結論指出 指差形流道設計的電流密度分部較高、排水性較好，但伴隨的是電流 密度分部較不均勻與較大量的水生成和壓降較大。近年來越來越多研 究電池性能的文章借由商用軟體或是自己研發的計算流體力學的理 論來計算，因此越來越多的三維模擬可以探討燃料電池內部複雜的傳 輸現象、電化學現象以求得更明白的解釋，Gurau et al.[9]發表了完整 的燃料電池完全二維分析模式，及考慮了流道與膜電極組，Um et al.[20] 與 Wang et al.[16] 也 發 展 了 相 同 的 模 式 但 加 入 了 兩 相 流 (two-phase flow)模式的模擬併考慮了溫度的效應，Berning et al.[21]
也同樣發展了三維模式用 CFD 考慮氣體流道中的對流熱傳與質傳，
因受到質傳之限制，而使得三維模擬之性能較差。基於第一部分不考
Siegel et al. [25]藉由二維，穩態之數值計算模型，了解液態水在質子
交換膜燃料電池中之傳輸狀態，研究中將同時考慮多孔電極的液態水 傳輸、質子交換膜的水含量、氣體分子與質子和能量之傳輸並在觸媒 層使用 agglomerate 模型。結論顯示，在低電流密度下水生成較少則 流道內的電流密度分佈較均勻，且水含量穿越過MEA 的變化較小， 高。Oosthuizen et al. [26]針對蛇形流道之質子交換膜燃料電池，建立 三維數值模型，探討氣體擴散層中不同孔隙度對橫向氣體流率、壓力 關係，主要取決於流道板之熱傳導係數。Shimpalee et al. [27]探討大 面積200 ㎝2的流道板在不同蛇形長度水分佈與溫度分佈對整體性能 的影響，其中以 13 條入口的蛇形的電池性能最佳，流道的數目並非 越多越好，以溫度而言，分佈隨著流道數目增加而減少、壓降隨著流 道數目減少而上升，整體壓降雖已 26 條流道最優，但整體電流密度
分佈與壓降曲線來說仍以 13 條最佳，流道數目的增加會造成膜的乾 也提到當增加雷諾數時，流道間的穿越效應也會提高。Shimpalee and Van Zee [29]使用 Star-CD 比較流道寬/肋條寬:0.9/0.9、1.0/0.7、
0.7/1.0，針對 stationary condition 與 automotive condition 兩種不同情 況下，探討對電流密度分佈、質子交換膜、壓降與溫度的影響， 發 現在stationary condition 時較窄流道的性能、質子交換膜水分佈、壓 降情況會比寬流道佳，但是在automotive condition 下較寬的流道佳且 較穩定，兩這的相同之處僅在溫度分布上因為大的肋條帶走大量的熱 會使得質子交換膜的溫度較低，不易乾掉。至於流道設計方面，由於 單蛇形流道與流道間的cross-flow 效應可能是蛇形流道設計性能較佳 的因素，所以像Kanezaki et al.[30]、Dutta et al.[31]與 Nguyen et al.[32]
與 Park and Li [33]等人都提出了對 cross-flow 的探討來強化電池性 能，Nguyen et al [32]利用 VTC(voltage to current)探討三維、單相蛇形 流道在不同電流密度下的質傳、熱傳與潛能損失，當低電流密度時，
響，因為cross-flow 可以有效的提高反應面積、減少壓力降與強化排 水性能，所以再蛇形流道設計上是一個相當重要的現象，結論指出 cross-flow 效應在流道前 40%會較明顯，而較低的雷諾數與較厚的氣 體擴散層也會提升流道間的 cross-flow 效應；滲透率介於 10-12~10-8 之間的 cross-flow 效果最佳，因為小於 10-12壓力降太大而大於 10-8 時效應較不明顯，所以介於之間的滲透率可以有效的降低壓力降。至 於流道設計方面，Soong et al.[34]與 Yan et al[35, 36]為了探討流道形 狀對電池性能的影響，在流道中加入了擋板來增加對流的效應。Soong
率、電池溫度與加濕溫度等參數以探討最佳化的控制。結論指出 1. (Interdigitated Flow Field)設計等兩大類，傳統流道設計部分包含：直 通型流道(Parallel Flow Field)、蛇形流道(Serpentine Flow Field)。回顧 以往的文獻發現，在傳統流道方面，直通型流道的研究較為廣泛而蛇