随着电子技术的飞速发展,目前的锂离子电池技术已无法满足便携式电子产品对更高能量密度的要求。μDMFC (Micro Direct Methanol Fuel Cell,微型直接甲醇燃料电池)作为新一代便携式电源,因其理论能量密度高、燃料储存和补充相对便捷等特点,具有巨大的发展潜力,逐渐成为工业界和学术界的研究热点。然而目前μDMFC还存在着功率密度低、体积和重量大、极板制备成本高且工艺不成熟等问题。MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电系统)技术的发展,为解决上述问题,促进μDMFC的技术革新,提供了新的思路。本文以两种被动式μDMFC(浸入式和自循环式)为应用对象,采用MEMS设计与加工技术,开展了极板工艺及电池相关性能方面的研究。首先以浸入式μDMFC不锈钢极板制备为应用对象,针对不锈钢喷淋蚀刻工艺中蚀刻速率不恒定的问题,建立包含掩模宽度、蚀刻深度及蚀刻时间三个要素的解析模型。对比实验数据,当掩模宽度为50μm到500μm时,模型可以较好地预测蚀刻时间和蚀刻深度之间的关系,预测值和实验值的相关系数可达到0.94以上。研究发现,引起蚀刻速率变化的根本原因是ψ(蚀刻面积与掩模开口面积比例)的变化。该模型还可以解释产生临界线宽的原因及临界线宽随蚀刻时间增加而增加等实验现象。随后,本论文研究了不锈钢集流网微结构阵列对电池性能提高的内在机理。建立了集流网的电阻网络模型,研究了集流网中电流的传导路径及各部分电阻的测量方法。研究发现,电流在集流网中的主要流经路径是从Rfp(不锈钢丝同不锈钢极板的接触电阻)出发,经由Rbulk(不锈钢丝的本体电阻),最后到达Rfc(不锈钢丝同碳纸的接触电阻)Pff(不锈钢丝之间的接触电阻)很大,电流几乎不会流过。钢丝直径为130μm,间隔为450μm的集流网电阻最小；当压强为1 MPa时,该集流网中Rfc和Rfp所产生的功耗分别占集流网总功耗的90.1%和9.8%,因此减小这两部分电阻是降低集流网功耗的关键。之后,根据集流网微结构阵列的特性与几何参数,采用多次光刻和多次喷淋蚀刻工艺,分别制备了具有微沟道阵列和微凸起阵列的浸入式不锈钢极板,并对工艺质量和极板性能进行了研究。结果表明：采用不锈钢蚀刻工艺制备的极板无飞边、毛刺、加工变质层和热影响区等工艺缺陷；微沟道阵列能促进浸入式μDMFC的阳极传质效率,并使电池峰值功率提高17-35%；微凸起阵列能减小极板同扩散层之间的接触电阻,同时使得扩散层直接接触燃料的面积比例达到95%以上,并使电池峰值功率提高77%。采用微凸起阵列可以突破传统浸入式μDMFC极板设计中接触电阻与传质能力相互制衡的约束关系,为μDMFC极板设计提供了新的思路。为了使电池堆结构紧凑、互联简便,本论文提出了一种基于C02体积功驱动燃料自循环、并采用双极板实现物料输运与电气互联的被动式μDMFC堆结构。为了满足自循环流场对沟道深宽比、导电能力以及表面亲疏水性的要求,本论文开展了聚合物双极板工艺方面的研究。极板基底采用比重仅为1.05 g·cm-3的ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)材料,经UV-LIGA (Ultraviolet-Lithographie, Galvanoformung, Abformung,紫外-光刻电铸模压)工艺成型后,采用廉价的塑料电镀工艺制备了厚度达到5μm的低应力Ni金属层,然后采用纳米自组装工艺对极板表面进行了超亲水处理。本论文采用所制备的极板,初步研究了自循环式单电池的性能。结果表明,该电池在5h内的自循环速率为0.1-0.15 mL·h-1,并证明了气泡可以在三种不同的姿态下排出。通过对聚合物极板工艺和自循环电池设计方面的改进,本论文制作了采用聚合物双极板的自循环式μDMFC电池堆。所制备的聚合物双极板集成了一个阳极自循环流场、一个阴极自呼吸流场、两个燃料罐以及一根连通管,其尺寸仅为10 mm×10mm×2.4 mm。所组装的最小尺寸电池,体积为0.5 m1,重量为0.59 g(含燃料),体积功率密度达到7.5 W·L-1,质量功率密度达到6.36 W·kg-1,并能扩展为多单元串联的电池堆。