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近年来，基于电化学反应的纸基微流控芯片实现了高特异性、高灵敏度的定量检测，广泛应用于生物医学领域，有巨大的发展潜力。目前市场上主要采用锂离子电池作为微型电源为其供电，但锂离子电池存在存储安全性问题、一次性使用成本较高、后处理程序复杂等缺点。因此，开发存储方便、价格低廉的高性能微型电源成为国内外研究热点。
纸基微流体燃料电池利用燃料和氧化剂溶液在纸内气液界面的压力差驱动的毛细渗流实现了反应物的被动输运，同时利用平行层流的特性自然分隔阴阳极反应物，去除了质子交换膜和微泵，使电池设计、加工和运行都更为简单，更利于实现系统集成，但是目前纸基微流体燃料电池性能较低，限制了其实际应用。本文从强化燃料传输和减小离子传输阻力的角度改进电池结构，构建了阳极流道具有微孔阵列的被动式单层纸基微流体燃料电池结构、具有楔形流道的被动式双层纸基微流体燃料电池结构、阴阳极电极纵向布置的堆叠式纸基微流体电池结构，研究了微孔阵列、楔形流道、阴阳极间距、电极长度、燃料浓度、电解液浓度等对电池性能特性的影响。本文的主要研究成果如下：
①构建了阳极流道具有微孔阵列的单层纸基微流体燃料电池，通过在阳极流道构建微孔阵列强化燃料与阳极接触，增大接触面积，减小传质阻力，降低电池欧姆内阻，使得阳极流道具有微孔阵列的纸基微流体燃料电池最大功率密度比常规纸基微流体燃料电池提高了41.2%；当阴阳极间距为1.0mm，电极长度为5.0mm，燃料和电解液浓度均为2.0mol/L时电池性能达到最优，其最高功率密度为29.7mW/cm2。
②构建了具有楔形流道的双层纸基微流体燃料电池结构，利用楔形流道加快阳极附近燃料流动速度，同时增加燃料与阳极表面和内部催化剂的有效利用面积，强化燃料传输。电池的最大功率密度为59.9mW/cm2，分别相比于单层纸结构和双层纸结构的最大功率密度，提高了245.8%和125.5%。
③构建了基于阴阳极电极相对布置的堆叠式纸基微流体电池，通过阴阳极电极相对布置的设计，使离子沿竖直方向进行传递，缩短离子传递距离，强化离子传输；当电解液浓度为1.0mol/L，燃料浓度为2.0mol/L，纸基流道宽度为2.0mm时电池的性能达到最优，其最大功率密度为63.0mW/cm2；且该电池具有良好的恒电压放电稳定性。
纸基微流体燃料电池利用燃料和氧化剂溶液在纸内气液界面的压力差驱动的毛细渗流实现了反应物的被动输运，同时利用平行层流的特性自然分隔阴阳极反应物，去除了质子交换膜和微泵，使电池设计、加工和运行都更为简单，更利于实现系统集成，但是目前纸基微流体燃料电池性能较低，限制了其实际应用。本文从强化燃料传输和减小离子传输阻力的角度改进电池结构，构建了阳极流道具有微孔阵列的被动式单层纸基微流体燃料电池结构、具有楔形流道的被动式双层纸基微流体燃料电池结构、阴阳极电极纵向布置的堆叠式纸基微流体电池结构，研究了微孔阵列、楔形流道、阴阳极间距、电极长度、燃料浓度、电解液浓度等对电池性能特性的影响。本文的主要研究成果如下：
①构建了阳极流道具有微孔阵列的单层纸基微流体燃料电池，通过在阳极流道构建微孔阵列强化燃料与阳极接触，增大接触面积，减小传质阻力，降低电池欧姆内阻，使得阳极流道具有微孔阵列的纸基微流体燃料电池最大功率密度比常规纸基微流体燃料电池提高了41.2%；当阴阳极间距为1.0mm，电极长度为5.0mm，燃料和电解液浓度均为2.0mol/L时电池性能达到最优，其最高功率密度为29.7mW/cm2。
②构建了具有楔形流道的双层纸基微流体燃料电池结构，利用楔形流道加快阳极附近燃料流动速度，同时增加燃料与阳极表面和内部催化剂的有效利用面积，强化燃料传输。电池的最大功率密度为59.9mW/cm2，分别相比于单层纸结构和双层纸结构的最大功率密度，提高了245.8%和125.5%。
③构建了基于阴阳极电极相对布置的堆叠式纸基微流体电池，通过阴阳极电极相对布置的设计，使离子沿竖直方向进行传递，缩短离子传递距离，强化离子传输；当电解液浓度为1.0mol/L，燃料浓度为2.0mol/L，纸基流道宽度为2.0mm时电池的性能达到最优，其最大功率密度为63.0mW/cm2；且该电池具有良好的恒电压放电稳定性。