质子交换膜燃料电池因其能量转化效率高、工作温度低以及环境友好等突出优点,在汽车领域的应用备受关注。车用燃料电池通常具有较大的反应面积,电池内局部运行工况、流场结构以及制造的差异性使得局部电化学反应的不均匀性更为显著,进而造成燃料及催化剂利用效率低,电池整体效率降低及电池性能衰退。为解决电池局部不均匀性的挑战,现有研究使用分区测量技术来表征不同操作条件下燃料电池的局部电化学反应,以提高电池性能。但是,现有分区测量技术往往应用于面积相对较小（25 cm~2）的燃料电池,缺乏对流场结构以及瞬态变载的研究,难以满足车用大反应面积电池的测试需求。本文结合印刷电路板分区测量技术、电化学表征手段、宏观性能测试,使用不同阴极流场结构分析了反应面积为108 cm~2的燃料电池的局部电化学反应,探究了不同电流阶跃和运行参数对电池局部瞬态响应的影响。本文主要的研究工作包括:（1）基于印刷电路板技术,提出了电流、电压和温度的分区测量手段;搭建了配套的燃料电池多通道数据采集系统,在常温工况下同时测量了阴、阳极电流密度分布。结果表明,燃料电池阴、阳极电流密度分布高度耦合,在不同负载工况下表现一致。（2）为进一步探究电池内部传热传质的规律,本研究基于电流密度分布以及温度分布测量,对比分析了平行流场、平行蛇形流场、点阵平行流场的性能以及分布规律。研究发现,阴极使用平行蛇形流场的性能和电流密度分布均匀性都小于平行流场,且电池整体压降较大。点阵平行流场有助于改善阴极进口区域反应气体的拥堵现象,提升电流密度分布的均匀性以及电池性能。（3）针对车辆实际运行工况,基于电压分布测量探究了不同因素对电池瞬态响应性能的影响。研究表明,增加湿度或者阴极化学计量比均可有效的改善电池的下冲现象,较大的阴极化学计量比有助于流道内水的排出,降低电压过充过程中的性能波动;垂直于流道延伸方向上,电池不同位置的局部电压响应具有较高的一致性;沿流道延伸方向上靠近阴极进口的区域电压瞬态响应性能最好;靠近阴极出口的下游区域更容易产生燃料饥饿,导致在变载过程中性能波动较大。