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在众多的可再生清洁能源技术中,直接甲醇燃料电池（DMFC）因其具有许多独特的优点,如使用碳中和及可再生的燃料、能量密度高、功率密度大、结构相对简单、噪声和运行成本较低、操作运输简便等,近年来受到全世界广泛的关注,是具有发展潜力的新兴能源技术之一。然而,DMFC在其商业化道路中仍有许多关键问题亟待解决:（1）阳极甲醇氧化反应动力学缓慢;（2）甲醇串流引起的燃料损失和阴极混合电位;（3）液态水在阴极积累导致的“水淹”问题。目前,为了缓解水淹造成的极化损失和电压波动,一般将常规气体扩散层（GDL）材料（如碳布、碳纸等）进行憎水处理,并额外涂覆一层憎水微孔层以调控液态水在电极中的含量及分布。然而,这些措施不仅改变了原GDL的孔结构及界面形貌,还增加了制作工序和成本。因此,设计并开发新型的GDL,以提高其氧气传质能力和降低成本,是目前研究的主要方向之一。本文以聚丙烯腈（PAN）为前驱体,结合高压静电纺丝技术及纤维热处理的方法,制备系列三维多孔、自支撑的碳纤维层,并对其进行物理和化学表征以及电池性能的测试,探讨静电纺丝型GDL在DMFC中的应用,为电池结构的优化设计提供指导和借鉴。主要研究内容和结论如下:（1）基于PAN的静电纺丝GDL。首先将不同浓度的PAN/DMF（N,N-二甲基甲酰胺）溶液进行高压静电纺丝,制备PAN基碳纤维,同时探索了纺丝液浓度、碳化温度、纺丝转速、纺布厚度对纤维形貌结构以及电池性能的影响。研究表明采用14 wt.%纺丝液浓度,1100°C碳化温度,1000 RPM（每分钟转的圈数）转速制备的纺布作为GDL电池性能较好,此纺布具有较小的电阻和传质力。不需额外憎水处理以及添加微孔层。（2）基于PAN/PLA（聚乳酸）的多孔碳纤维层。为了减小浓差极化,又对碳纤维的孔结构进行优化,通过高压静电纺丝将PAN/DMF,PLA/DMF混合溶液进行纺丝,原丝纤维通过氯仿超声处理除去PLA,再经过热处理,获得多孔结构的碳纤维。为考察纺布的电池性能,将制备的纺布作为阴极扩散层,同时与商业化碳纸、14 wt.%PAN纺布的性能进行对比,发现PAN/PLA制备的多孔纺布作为GDL时,PAN/PLA碳纤维层比PAN碳纤维层略好。（3）基于PAN/SiO2的多孔碳纤维层。为了进一步减小浓差极化,还利用硬模板法制备了多孔纤维结构,即对PAN/DMF和SiO2/DMF混合溶液进行纺丝,再进行热处理得到碳纤维,最后将碳纤维用氢氟酸浸泡24 h,除去SiO2,得到连通的多孔碳纤维。通过透射电镜可以看出制备的纤维呈三维多孔连通结构。通过电池性能测试发现,与其它纺布相比,PAN/SiO2型GDL在浓差极化区具有更高的电压,说明它能有效地提高氧气的传输能力,在燃料电池领域具有一定的应用前景。