随着科技的发展和社会的进步，人类社会对于能源的需求和依赖越来越大，能源的消耗也在急剧地增加，而且常规能源储量有限。于是燃料电池（Fuel Cell）进入了人们的视野。质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）在航天、航空、航海以及电动车方面有着巨大的市场潜力，成为近年来发展最快的燃料电池。在当今能源危机和环境污染日趋严重的情况下，对PEMFC的深入研究是十分有意义的。本项目研究的主要内容包括：分析树叶的物理结构并模拟树叶形态结构的自生长过程；根据叶脉结构确定双极板流场的结构形式；优化PEMFC 双极板流场仿生结构的几何尺寸。取得的成果如下：（1）研究了基于仿生学的PEMFC双极板流场设计方法。自然界树状结构的形成，是按照达到全局最优化性能的原则来进行的。树状分支的成长受养分密度控制，分支的分布依赖养分的分布。PEMFC双极板的流场结构与动物肺和树叶的传质或传热功能类似，因此，PEMFC流场沟槽的分布可以同树状分支的分布相似。根据树状结构的最优化原则，结合不同的边界条件，PEMFC双极板的结构设计可以变得更为灵活和有效。（2）设计了几种仿生结构的PEMFC双极板。对树状结构及形态的形成过程进行研究，总结归纳其具有共性的规律，分别设计了二分结构流场、对称分支结构流场、非对称分支结构流场。并与传统的流场进行比较，在电池性能上都有显著的提高。（3）建立了基于构形理论的仿生结构流场沟槽尺寸的确定方法。目前普遍采用的方法是建立二维和三维模型，通过保持某些值不变而改变某个值，来研究PEMFC双极板流场结构的沟槽尺寸对电池性能的影响，从而确定流场结构的沟槽尺寸。这样的模型需要解偏微分方程，计算相当复杂，本项目基于构形理论确定PEMFC双极板仿生结构流场的沟槽尺寸。（4）探索了金属双极板的制造工艺规律。研究不锈钢金属双极板在介观尺度下的性能，建立双极板流道的有限元模型。研究流道参数对整个极板成形工艺的影响，分别对流道开口斜度、圆角的不同情况进行分析比较，得出最理想的流道几何参数。最终，建立基于仿生学原理的PEMFC双极板流场仿生结构设计的理论体系，为双极板的设计和制造提供一条新途径，本项目的成果可广泛应用于便携式电源、小型固定发电机、电动汽车等的动力能源。