直接甲醇燃料电池是直接利用甲醇的水溶液作为燃料，氧气作为氧化剂的一种燃料电池。本文围绕微型直接甲醇燃料电池的数学模型与结构展开研究，对工作条件、流场等进行优化仿真，设计了微型直接甲醇燃料电池单体和电池组，采用微电子机械系统（MEMS）技术实现了燃料电池单体和电池组样品并进行实验测试，讨论了流场结构、工作条件等对性能的影响。本文所研制的微型直接甲醇燃料电池，具有结构简单、质量轻、体积小、比能量密度高、容易操作等特点，是移动数码产品、便携式军用电子设备、微型武器系统理想的动力源。　　论文首先综述了国内外研究现状，详细阐述了微型直接甲醇燃料电池的工作机理，及相关设计原则和要求。建立了直接甲醇燃料电池的数学模型，利用直接蒙特卡洛算法、模拟退火算法、遗传算法等方法对其工作条件进行最优化仿真，并且比较了这几种方法的优缺点；利用有限元分析方法对点型、螺旋蛇型和栅型等燃料电池极板几种典型流场结构进行设计，得到了流场内部的速度分布、压力分布等参数，通过分析栅型流场结构要好于其它流场结构，进而利用计算流体动力学软件对其性能进行了仿真，得到电流密度分布、反应物浓度分布、生成物浓度分布等参数，为燃料电池极板的设计提供了可靠的依据。　　其次，利用氧化、光刻、各向异性湿法腐蚀、溅射等 MEMS工艺实现了不同流场结构的活性面积为0.55cm2的硅基微型直接甲醇燃料电池，经分析测试栅型流场结构的燃料电池性能明显优于其它流场结构，常温常压下最大输出功率密度可达5.9mW/cm2，从而验证了仿真分析结果。由于硅基微型直接甲醇燃料电池内阻较大，因此利用微精密加工技术制作了相同活性面积的不锈钢微型直接甲醇燃料电池单体，相同条件下测试其性能要大大优于硅基微型直接甲醇燃料电池，其开路电压可达到650mV，最大输出功率密度可达15.9mW/cm2。　　最后，在微型直接甲醇燃料电池单体的设计与制作基础上开展了微型直接甲醇燃料电池组的研究。提出了一种基于“扭曲带状结构”的硅基平面式微型直接甲醇燃料电池组结构，此连接方式可以有效地减少电连接部分所占用的空间及电阻，解决了电池组中阴极、阳极反应物供给困难的问题，利用MEMS工艺实现此种燃料电池组结构，开路电压达到了2.75V，最大输出功率为6.77mW。在不锈钢微型燃料电池单体的研究基础上，对“并行”和“串行”等不同进液方式的微型燃料电池组进行了设计和制作，经测试发现“串行”进液方式表现出较好的性能，在常温常压下开路电压可达到2.8V，最大输出功率为29.04mW。