质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种直接将氢能转化为电能的即高效又环保的供能装置,并在各重要领域得到了广泛应用。双极板作为PEMFC的核心部件,其材料、流场结构与成形工艺共同决定了电池的性能及成本。选择理想的材料、简化成形工艺、优化流场结构,是PEMFC走向商业化的关键一步。为此,本文提出采用SLM技术制备高性能复杂流场结构的新思路、新工艺。首先,基于传统二维网格流场（SMFF）以及传质理论思想设计出阻碍物流场（OMFF）以及三维流场（3D-GRⅠ、3D-GRⅡ和3D-GRⅢ）等新型流场结构;其次,采用SLM工艺实现了不同流场结构双极板的制备;然后,组装成单电池,测量不同电流下的输出电压（恒流测压法）,并绘制极化曲线;最后,建立不同流场结构单电池三维模型进行水管理数值模拟研究,综合数值模拟与试验结果综合分析了不同流场结构单电池的输出特性差异,重点研究了电池内部的气流特性、液态水分布特性以及电流密度分布特性三者之间的内在关联对电池性能的影响。主要有以下结论:1.针对传统二维网状流场（SMFF）优化设计了阻碍物流场（OMFF）以及三维结构流场。并建立三维单电池模拟模型进行两相流数值模拟,模拟结果表明,三维流场的性能明显优于二维流场,尤其是3D-GRⅢ的性能最佳。2.采用SLM工艺可以制备复杂流场结构的PEMFC金属双极板,可以保证较好的成形精度与表面质量。在激光功率为195w,扫描速度为1083mm/s,扫描间距为0.07mm的条件下,成形高度误差小于3.4%,长度误差小于1%,表面粗糙度小于0.54μm。成形结果表明SLM具有较高的工艺价值以及应用潜力,特别是针对高性能复杂结构流场双极板的制备。3.对不同流场结构单电池进行极化测试,并绘制极化曲线得到OMFF、SMFF、3D-GRⅡ以及3D-GRⅢ的最大功率分别为272.8m W/cm~2,387.9m W/cm~2,437.76m W/cm~2和451.44m W/cm~2。三维流场表现出优异的输出性能。4.对不同流场结构单电池进行水管理数值模拟分析,在二维流场中,SMFF性能优于OMFF的原因之一是其具有较大的接触面积,使其具有较高的导电性。另一方面,SMFF中的气流特性与水分分布均较为均匀,故电池更加稳定,性能更高。在三维流场中,氧气在3D-GRⅢ中的流动更加平稳均匀,且受到斜坡的引导作用,充分的发生纵向扩散,确保了催化层的氧气供给,提高各区域催化效率,进而实现了气体/液体两相的均匀分布,PEMFC的气体分配及水管理能力得到明显改善。综上所述,SLM可成功制备出高性能复杂结构三维流场（如3D-GRⅢ）,且三维流场双极板单电池的性能较传统二维流场双极板单电池有明显提高,0.55V下的功率密度达451.44m W/cm~2,该结构流场可保证气体充分均匀扩散,水管理能力较强,因此电池性能高,工作更加稳定。