微流体电化学能量转化体系同时发挥了微流体流动和电化学能量转换技术的优点,是一种比传统火力发电更为高效节能、绿色环保的能量转换过程,在发电及能量存储等领域具有十分广阔的应用前景。该能量转化系统在利用微流体技术促进物质传输与电化学反应的同时,去除了传统电化学系统中质子交换膜的使用,不但大大降低了系统的制造成本和复杂程度,而且消除了由质子交换膜导致的物质穿透等技术问题。本文针对物质扩散传递失调、能量密度低及燃料适用性差等仍约束着微流体电化学系统发展的瓶颈问题,采用理论分析与实验研究相结合的方法,提出(?)效率分析评价体系,开发出同时具有高能量密度和高能量转化效率的微流体电化学能量转换系统。通过外场强化促进了阳极的电化学反应,拓展了微流体电化学系统的燃料适用范围。本文主要研究内容及成果如下：(1)针对微流体电化学反应系统中物质传输失调和能量转换过程表述不明等问题,建立了流体力学、物质传输与电化学反应等多物理场耦合的微流体流动电化学能量转换过程分析模型,该模型能够精确描述系统中能量转化和物质传输的规律。建立了系统的(?)效率评价体系,确定限制能量效率的主要因素为物质传输失调造成的燃料利用率低、燃料穿透引发寄生反应及辅助流体传输设备的能量消耗。(2)为了解决物质传输失调及燃料穿透问题,采用实验研究和数值分析相结合的方法,发明了燃料与氧化剂对冲流动式微流动电化学能源转换系统。实验结果表明,该系统可有效利用对流传质抑制微通道内燃料的扩散穿透；通过优化电解质溶液浓度,有效地降低了电解质内阻及对系统性能的影响,系统的燃料利用率高达91.4%。(3)针对微流体电化学系统运行过程中产生的气态反应产物聚集于微通道中从而降低系统性能的问题,提出了具有二氧化碳自呼出功能的新型阳极结构,设计出阴极自吸与阳极自呼组合的自呼吸式对冲微流动电化学反应器,构建了相应的能量转换系统。实验证明,自呼出型阳极因设置了二氧化碳富集腔,消除了二氧化碳气泡在微反应器中的聚集；在将燃料甲酸的浓度从1M提高到6M的条件下,燃料利用率高达76.4%,该系统可同时实现高能量密度和高燃料利用率操作。(4)发明了光场强化的微流体电化学能量转换系统,能够利用具有复杂分子结构的有机物作为燃料,拓宽了微电化学系统燃料的适用性。分析和实验证明,微流体技术通过强化电荷传输和阳极表面的物质传输提高了光催化电化学反应的性能。发现光电化学系统的光催化阳极性能同时受到电极内部和电极表面双电荷传输过程的限制。