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随着科技的发展，移动电子设备不断的微型化，对于微型高效的电源需求越来越大。微型无膜燃料电池（MMFC）是一种无需质子交换膜的新型燃料电池，它充分利用微流体粘滞性较强而出现的共层流属性，即氧化剂和燃料两股液流在微沟道内交互通过时彼此接触面出现较少混合的特性。微型无膜燃料电池无需质子交换膜也能实现质子的选择透过性从而保持电池工作时内电路畅通。有效解决了质子交换膜电池（PEMFC）存在的水管理、热管理以及成本过高的问题。以甲醇为燃料的微型无膜燃料电池由于甲醇来源丰富、价格便宜、易于储存及运输，因此在移动电源中具有广泛的应用前景。尽管目前MMFC在技术上取得一定进展，但要实现其商业化应用，仍然有许多问题需要解决，诸如燃料电池阳极阴极较低的反应性能、反应液流互扩散引起的混合电位、电池稳定性不高等。解决这些问题的途径就是设计出新型电池结构和开发更有效的电池催化剂。本文主要就阳极催化剂、阴极催化剂的活性、电化学稳定性和电池结构设计及性能方面展开研究。为了提高Pt/CNTs阳极催化剂的活性，分别对氢等离子体还原法、氢气还原法、硼氢化钠还原法几种催化剂制备方法进行研究。结果表明，采用氢等离子体还原法可以制备出平均粒径更小，分散性更好，Pt晶体纯度更高的Pt/CNTs阳极催化剂，Pt颗粒平均粒径约为2.1nm，催化剂的粒径明显小于传统还原方法制备的催化剂，其对甲醇氧化反应的催化活性也明显高于传统还原方法制备的催化剂。采用微波等离子化学气相沉积法（MPCVD）以氨气为氮源制备了掺氮碳纳米管阴极催化剂（NCNTs）。研究发现，在微波功率400w，合成时间60min，工作气压4kPa，CH4流量3.3sccm，H2流量55sccm，NH3流量2sccm条件下制备的NCNTs表现出较好的氧气还原催化活性。为了进一步提高Pt/CNTs阳极催化剂的活性，在氢等离子体还原法工艺优化过程中，分别从微波功率和还原时间两个主要因素进行研究，结果表明，200w、60min为最佳还原工艺，此条件下制得Pt/CNTs催化剂颗粒平均尺寸小，Pt晶体纯度高，对甲醇表现出最佳催化活性，且催化稳定性较好。采用微波等离子体化学气相沉积技术，在碳纸上生长纳米碳管作为电池立体碳电极，利用模塑法制备PDMS液池，经过氧等离子处理完成微型无膜燃料电池的组装，测试并研究甲醇进液速率对电池性能的影响，结果表明，在室温条件下，电池的放电性能随着液流注入速率的增加不断升高，电池在100ul·min-1时的最大功率密度达到7mW·cm-2，是在1ul·min-1时对应的最大功率密度的4倍。但当液流速率超过100ul·min-1继续增加液流速率，对于电池性能影响不大，相反燃料利用率有所降低。