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膜电极(MEA)是直接甲醇燃料电池(DMFC)的核心部件，其微观结构直接影响DMFC的性能与稳定性。本论文围绕MEA的极化损失问题，研究了MEA微观结构与宏观性能间的内在联系，主要结论如下:
1.采用化学镀方法，在Nafion(R)膜表面形成致密平整的Pd膜，得到Pd/Nafion(R)复合膜，以该复合膜为基底，利用原位电沉积方法在Pd膜表面电沉积聚吡咯(PPy)薄层，借助SEM表征观察到PPy呈现为纳米棒阵列结构，且该纳米棒垂直于Pd膜表面有序排列，纳米棒的直径约80nm，长度约700nm。该制备工艺操作简单，成本低廉。
2.将Pt黑催化剂浆液喷涂于上述有序PPy层，制得阴极催化层。与传统阴极催化层相比，该催化层的电化学表面积(ECSA)显著提高（提高了122％），籍此组装的DMFC单体电池的甲醇渗透极限电流显著降低（降低了45％），较高的ECSA和较低的甲醇渗透率使单体电池的极化损失明显减小，单体电池最大输出功率显著提高（提高了27％）。
3.在微孔层中引入纳米尺寸的CeO2或Gd0.1Ce0.9O2制备了一类改性阴极扩散层。电化学测试结果表明，Ce类储氧化合物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60℃，低流速（2倍化学计量比）空气进料条件下，放电电压提高了24％(@150mA/cm2)，最大功率密度提高了28％，Gd0.1Ce0.9O2改性阴极扩散层组装的DMFC单体电池最大功率密度提高了29％。