微型直接甲醇燃料电池(MicroDirectMethanolFuelCell，简称μ-DMFC)具有发电效率高、体积和重量比能量密度高、燃料补给方便、储存携带方便、环境污染小等优点，使其成为在便携式电子设备上最具应用前景的新能源之一。流场板与膜电极是μ-DMFC的关键部件，优化流场板结构和改善膜电极的材料对提升电池的输出性能有重要的影响。本论文从模型模拟和实验两个角度出发，通过仿真结合实验优化μ-DMFC的流场结构及流场尺寸，研究制备用于μ-DMFC膜电极的关键材料，以优化电池的整体结构和提高电池的输出性能。　　首先，为了合理设计阳极流场结构，改善甲醇燃料在阳极流场中的分布，建立μ-DMFC阳极模型，仿真分析比较了点型、平行和蛇形三种不同流场图案下得到的压降与流速分布，得出蛇形流场能够更有利于甲醇燃料的均匀分配。在此基础上建立不同流道宽度的蛇形流场模型，通过计算甲醇燃料的分布情况来分析其对燃料电池性能的影响，结合相关实验得出流道宽度在200～400μm之间最优，其μ-DMFC具有最优的输出性能。　　其次，采用C-MEMS(Carbon-MicroelectroMechanicalSystems)工艺，以光刻胶为前驱体热解制备的碳材料作为微型直接甲醇燃料电池中的扩散电极或微孔层。研究使用AZ4620光刻胶热解得到的碳膜，采用不同的热解参数对光刻胶进行碳化，并对碳化产物进行表征及分析，结果表明在800℃以上的碳化温度下得到的碳膜具有良好的导电性能，能够满足电极导电性良好的要求。　　最后，制备了基于多孔氧化铝(PorousAnodicAlumina，PAA)的新型复合质子交换膜，并且对其微观结构和材料性能进行了表征与测试。实验结果表明，PAA-Nafion复合膜具有良好的离子导电率和保水能力，多孔氧化铝的阵列结构加强复合膜的尺寸稳定性，使得复合膜的厚度可以减少至30～40μm，有效缩短质子在膜中的传输路径，提升了质子在膜中的传输效率。