直接甲醇燃料电池(DMFC)具有环境友好、理论比能量高、结构简单、燃料便于携带与储存等优点,在可移动电源和便携式电源领域具有广阔的应用前景。开展DMFC膜电极的电化学研究,分析电极动态变化行为及电池内部的影响机理,对优化DMFC电极结构以及操作条件,进而提高电池的输出性能和稳定性能都具有重要意义。采用电化学交流阻抗技术测定了DMFC工作状态下的交流阻抗谱(EIS),并通过等效电路分析了放电电流及工作温度对电池系统内阻、电荷转移电阻、低频电感和低频电阻的影响;通过常相位角元件初步判定了电池内部动态电极的变化规律。结果表明,随两极反应驱动力的增加,电池内部总体表现出了由理想电容到浓差极化的中间过渡过程。本研究采用Ⅰ-Ⅴ极化曲线和EIS的方法,对Nafion膜的放电性能、阻醇性能以及质子传导性能进行了考察;并重点对膜电极(MEA)阳极扩散层(GDL)的预处理条件、碳粉型号及碳粉载量进行了全面的优化。结果表明,电池性能主要受电解质膜的电导率、阻醇性能、气、液两相传递等因素影响。Nafion117电解质膜由于具有较强的阻醇性能,表现出了优于Nafion112和Nafion115膜的性能。结果表明,制备阳极GDL时,采用PTFE浓度为5wt.%的溶液进行预处理,碳粉型号采用BP2000,载量为1mg/cm~2时,电池显示出最佳性能。通过对阳极GDL的疏水处理及优化,起到了降低电池内部传质阻力及提高GDL的导电性能的作用,进而提高电池的放电性能。考察了燃料甲醇溶液浓度、甲醇溶液流量、阴极空气流量以及电池工作温度等操作参数对电池性能的影响。实验发现,由于燃料的传输及甲醇的渗透等多种因素,在甲醇溶液浓度为1mol/L,流量为4mL/min时,电池达到了最佳性能;阴极空气流量的增加能有效提高电池的输出功率;温度升高,能改善电池电化学反应的动力学性能及降低电池的内阻,电池性能得到明显改善。对电池稳定性测试过程进行了EIS现场检测。结果发现,在放电初期,由于电极的活化,电池内阻有所降低,电池性能有一段改善过程;可随着放电时间的延长,电池的欧姆电阻逐渐增加,电池的输出性能发生了明显地衰减。