质子交换膜燃料电池除了具有普通燃料电池高效、环保的优点外，还具有启动速度快、功率密度高、运行温度低、能量转换效率高、易于实现模块化组装等诸多优点，无论在民用还是军用领域都是最有应用前景的一类燃料电池，尤其是航天领域的优势更为明显。在空间微重力环境中，质子交换膜燃料电池内部伴有电化学反应的两相流动呈现出与常规两相流动迥然不同的特性，给燃料电池水-热管理提出了新的挑战，成为质子交换膜燃料电池技术发展中亟待解决的关键技术问题之一。

力学研究所国家微重力实验室赵建福研究员与北京工业大学环境与能源工程学院马重芳教授、郭航副教授合作，利用地面常重力实验、落塔短时微重力实验及理论研究，对燃料电池内部伴有电化学反应的气液两相流动特征及相应的电特性进行深入研究，揭示了重力对相关过程的影响，为质子交换膜燃料电池的航天应用提供基础数据和设计与运控指导。

在去年6次落塔短时微重力实验的基础上，项目组再次利用国家微重力实验室落塔进行了9次落塔短时微重力实验，对实验用直接甲醇燃料电池（DMFC）进行了优化设计，并用高速摄像机取代原来使用的常规摄像头对阳极流道内CO₂－甲醇水溶液两相流动进行观测，分别对甲醇溶液浓度、流量、外电路负载及安装方位等因素对常重力和微重力条件下DMFC内部伴有电化学反应的气液两相流动形态和相应电性能等的影响进行了研究。

实验获得了DMFC阳极流道内气液两相流动的清晰图像，分析了CO₂气泡运动速度及其生长情况，发现在常重力环境中，两相流型为泡状流，气泡运动速度较快，气泡生长源于偶尔发生的相互碰撞、合并；而在微重力条件下，气泡运动极为缓慢，甚至长时间停滞在其生成位置，并不断长大，长大后的气泡相互接触