被动式直接甲醇燃料电池(PAB-DMFC)作为一种高效率且洁净的新型发电装置,成为继火电、水电、核电之后的第四大规模发电方式。然而PAB-DMFC面临着甲醇穿透和产物管理等方面的技术问题,限制电池性能的提升。鉴于此,本文采用静电纺丝和热处理工艺制备具有纳米多孔结构的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维作为电池阻醇层;以PAB-DMFC单电池为研究对象,设计多种不同结构的集电板,系统地探究集电板参数对电池性能的影响机制;结合效果较好的集电板结构,研究碳纤维对电池甲醇穿透、产物管理和电池性能的影响。具体研究内容从四个方面展开:(1)静电纺丝工艺探究系统地研究关键电纺参数对PAN纤维直径及形貌的影响,通过对比实验发现纺丝液浓度对纤维平均直径的影响最大,并确定电纺参数如下:PAN纺丝液浓度为11%,14%和17%;纺丝电压为15kV;接收距离为14cm;注液速度为0.4m L/h。(2)碳纳米纤维的制造与关键物性表征对PAN纤维进行热处理制备碳纤维,其中热处理过程包括预氧化和碳化。结合PAB-DMFC的实际工作环境,针对碳纤维的功能以及其对电池性能的影响参数进行表征,包括表面微观形貌、导电性、红外光谱分析和对甲醇的润湿性等,并探究PAN纺丝液浓度和碳化温度对最终碳纤维形貌的影响。(3)PAB-DMFC集电板结构研究在应用碳纤维阻醇层前,将金层涂覆印刷电路板作为PAB-DMFC集电板基材,结合集电板关键结构参数,设计多种流场结构,研究集电板开孔率、开孔形状、开孔均匀性、开槽斜率以及阴阳极集电板不同配合位置等集电板结构参数对传统PAB-DMFC性能的影响作用,并选定电池性能相对较好的集电板结构。(4)碳纤维在PAB-DMFC中的性能研究结合电池性能良好的集电板结构,研究不同PAN纺丝液浓度和碳化温度的碳纤维对PAB-DMFC性能的影响。实验表明,应用了PAN基碳纤维的PAB-DMFC性能较传统PAB-DMFC有明显提升,最大提升幅度高达53.54%。此外碳纳米纤维能够有效加快电池动态响应速率,并且保证电池在较高输出功率下长时间稳定运行。