直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell, DMFC）由于具有结构简单、理论比能量高(理论能量密度4800Wh.L-1)、环境友好、燃料来源丰富、存储更换方便等优点，在电子产品电源、移动通讯、家用电器等领域有广阔的应用前景，DMFC技术已成为国际上研究与开发的热点。膜电极(MEA)是直接甲醇燃料电池(DMFC)的核心部件之一，其微观结构直接影响DMFC的性能、稳定性和使用寿命。本论文围绕MEA的传质问题，研究了MEA微观结构与宏观性能间的内在联系及变化规律，主要研究结果如下：1.在阴极微孔层不同的位置中引入纳米尺寸的CeO2制备了三种新型改性阴极扩散层，考察该类扩散层对DMFC单体电池性能的影响，并通过控制CeO2在扩散层微孔层中的添加位置，深入研究其促进氧传质的机理。电化学测试结果表明，储/放氧化合物CeO2的引入有助于改善阴极扩散层在低空气流速(小于4倍化学计量比)进料条件下对氧气的传质，进而降低了DMFC单体电池的传质极化损失，且这种传质性能的改善随温度升高而更加明显。与传统阴极扩散层相比，CeO2改性阴极扩散层组装的DMFC单体电池在80℃，低流速(2倍化学计量比)空气进料比条件下，放电电压均有提高，而在微孔层靠近催化层一侧及靠近流道一侧添加CeO2能显著改善扩散层内的氧气传质。CeO2改性微孔层内层放电电压提高最明显，提高了49%(@150mA/cm2)，最大功率密度提高了64%；其次为CeO2改性微孔层外层，放电电压提高了44%，最大功率密度提高了46%。2.以甲醇传质系数为依据，考察阳极催化层制备方法、催化剂载量和微孔层中碳粉种类及其载量等各个参数对传质系数的影响。结果表明，在考察的载量范围（7.0~14.0mgcm-2）内，PtRu黑载量为9.2mg cm-2的催化层有最优的气、液传递性能，由其组装的单池在80oC、常压3倍空气计量比，1.0mol L-1甲醇进料时，最大输出功率可达126mW cm-2；与阳极单催化层相比，在相同催化剂载量条件下（PtRu黑，14.0mg cm-2），阳极双催化层有较大的甲醇传质系数，有利于甲醇水溶液在催化层/扩散层的界面传递，由其组装的单池最大输出功率可达到136mW cm-2；对比VulcanXC-72R和Black Pearls2000两种碳粉及调变微孔层中碳粉载量对阳极扩散层微观结构的透水、透气性能的影响，并借助CO2浓度检测实验手段进一步研究阳极扩散层微观结构对于气、液传质的作用及其对于DMFC单池性能的影响。实验结果表明，相对于XC-72R，AB碳粉的微孔孔隙率较低、总孔隙率较高，藉此AB碳粉制备的微孔层改善扩散层的憎水孔空隙率和透气性。其载量为1.0mg/cm2的AB碳粉制备的扩散层具有最好的气、液传输性能，由该扩散层组装的单电池甲醇渗透量较低，单位时间内CO2排出最多，甲醇传质系数最大，电池性能最优。