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直接甲醇燃料电池(简称DMFC)因以液体作燃料在实际应用中非常方便，被认为最适宜作为可移动动力电源和便携式电源，如电动自行车和笔记本电脑电池，因而备受关注。作为DMFC的核心部件，膜电极性能低下是制约DMFC走向实用化的关键因素之一。本论文的主要目的是探索提高膜电极性能的新方法，研究内容分三部分：(1)通过实验研究膜电极性能的影响因素，进而优化膜电极；(2)探索直接装膜电极的制备方法；(3)组装了10W的电堆，研究电堆运行的影响因素以及电堆的稳定性。
采用电流一电压极化曲线和交流阻抗谱等方法，对膜电极的组成和制备方法、电池的活化和运行条件等因素对膜电极性能的影响进行了全面的研究。结果表明，质子交换膜的电导率、甲醇的渗透率、阳极催化剂的类型、阴极扩散层组成等因素对膜电极性能影响较大。因此，制备高性能膜电极的关键在于找到这些因素的最佳匹配。研究发现：采用聚苯胺表面修饰的Nafion膜作为电解质膜，电池性能明显提高，尤其在甲醇高浓度和电池较高温运行时，这主要是因为聚苯胺的修饰使Nafion的阻醇性能大大的提高。研究还发现，阴极扩散层的优化能显著提高了电池性能，例如碳纸支撑层中PTFE的含量要尽可能低，微孔层PIFE的含量为30％，微孔层中碳的含量为2mg·cm-2时，电池的性能达到最好，这是因为由于憎水性微孔层的出现，氧气和水的传输性能得到改善。
在Nafion膜上直接电沉积铂，得到直接组装膜电极，研究了单电池的电池性能。与传统方法制备的膜电极相比，直接组装膜电极的性能还有待进一步提高，但由于其制备方法简单，成本较低，为降低燃料电池的成本提供了新的思路。
组装了10w的DMFC电堆，详细研究了电堆运行的影响因素以及电堆的稳定性。结果表明，电堆的最大功率和功率密度分别达到17.1W和34.9mW·cm-2，电堆在1A和2A放电12h时，功率分别可以达到5.48W和9.1W，电堆的稳定性良好。