燃料电池是21世纪最具有发展潜力的新型清洁发电装置。因其具有安全、便携、操作方便、无污染且转化效率高等优点受到人们的广泛青睐,有望成为传统化石燃料的最佳替代者。质子交换膜燃料电池（PEMFCs）是研究最为广泛的能源转换设备之一。PEMFCs在酸性工作条件下氧化还原反应速率较低,为了提高电极的氧化还原反应速率,必须使用贵金属（Pt等）作为催化剂,而且用来传递质子的全氟磺酸膜价格昂贵,使得PEMFCs的成本较高。此外,PEMFCs在高温工作条件下会抑制质子的传递,使得性能下降,所以其发展受到严重阻碍。与PEMFCs相比,阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）的在碱性环境下工作,氧化还原反应速率高,可使用非贵金属（Fe,Co,Ni等）作为催化剂,其传递OH-的阴离子交换膜（AEMs）可用价格较低的聚醚砜、聚苯醚、聚吡咯烷酮、聚苯乙烯等材料制备,因而AEMFCs的成本远低于PEMFCs。作为AEMFCs的关键组成部分,阴离子交换膜（AEM）对于电池的性能和使用寿命起着决定性作用。然而,AEMs依然面临着离子电导率低、耐碱性差、各项性能之间不平衡等问题。本文通过设计制备不同结构的AEMs,探究结构对膜性能的影响,制备综合性能优异,能够满足燃料电池应用需求的AEMs,主要研究进展如下:（1）通过对有机-无机复合膜的研究发现,引入钢性无机填充材料可以提高膜的离子电导率、耐碱性和机械性能。本项研究主要通过将离子液体功能化的氧化石墨烯（IL-GO）与咪唑功能化的聚苯醚（ImPPO）共混制备了有机-无机复合AEMs。研究发现,引入IL-GO,可以提高膜的离子电导率、耐碱性和机械性能。在80℃下,添加0.5wt%的IL-GO的膜（ImPP/IL-GO-0.5%）最高离子电导率为78.5 mS cm-1,比纯聚苯醚膜的离子电导率高出34mS cm-1,耐碱性提了 40%以上。这是由于加入IL-GO阻碍了分子链的运动,降低了AEMs的自由体积,从而阻碍了OH-在α-C位置上的亲核取代反应。使用ImPPO/IL-GO-0.5%膜组装的单电池的最大功率密度达到126 mW cm-2。实验结果表明,所制备有机-无机复合阴离子交换膜有望应用于燃料电池。然而,复合阴离子交换膜依然面临着总体性能较差的问题。（2）采用以4,4’（5’）-二（羟基苯并）-18-冠-6的钠盐（DHBC-O-Na+）和AADAA为交联剂制备了具有双交联结构的AEMs。该膜表面光滑、均匀透明,具有良好的柔韧性。性能方面,该膜的离子电导率高、单电池性能和耐碱性优良。在80℃时,含10%的冠醚交联剂的膜（PPO-CE0.10-QA0.90,IEC=2.25 meqg-1）的最大离子电导率为116.8 mS cm-1。交联AEMs也具有优良的机械性能和热稳定性。添加20%冠醚交联剂的膜（PPO-CE0.20-QA0.80）)的拉伸强度达78.5 MPa,断裂伸长率达14.7%。用80℃ 2 MKOH溶液测试其耐碱性,发现经过480 h碱处理后,膜的离子电导率依然保留95%左右,表明该膜具有很强的耐碱性。在80℃下,电流密度为350 mA cm-2时基于PPO-CE0.10-QA0.90膜的单电池最高功率密度达到194.6 mWcm-2。所有数据表明,所制备的AEMs具有良好的耐碱性和电化学性能。但该膜含水率和溶胀较大,使膜的尺寸稳定性降低,在后面的研究中将着重解决溶胀和离子电导率以及机械性能的平衡问题。（3）采用以刚性的聚苯醚（PPO）和柔性聚（4-乙烯基苯酚）（PVP）为主链,并在PVP主链上悬挂离子基团侧链,制备了一系列交联AEMs。研究发现,该膜具有良好的电化学性能和优异的机械性能。通过AFM、TEM和SAXS分析发现,柔性主链PVP添加量为40%的膜具有明显的微相分离结构,这是由于功能化的柔性PVP骨架的存在使得其和刚性PPO链段不相容,并各自聚集所致。在80℃下PPO-c-PVP-40%膜的最大离子电导率达到134 mS cm-1。在2 M KOH溶液中经过480h耐碱性测试,发现该膜的离子电导率依然保留了 92%左右,表明该膜具有良好的耐碱性。使用PPO-c-PVP-40%膜所组装的单电池的最高功率密度为173 mWcm-2。从以上实验结果可知,所制备的AEMs具有较大的应用潜力。（4）采用脱水缩合聚合法制备了超支化结构聚合物HBPAEK-x-18膜,并将其组装成膜电极应用于单电池中进行了性能测试。在60℃下该单电池的最大功率密度为188 mW cm-2。导电性测试发现,在80℃下HBPAEK-28-18膜的最高离子电导率为122.5 mS cm-1。该膜的耐碱性良好,在80℃的2 M KOH溶液中浸泡500h离子电导率依然保留83%左右,表明该膜具有较好的耐碱性,但是距达到实际应用标准还有一定的差距。该研究还表明嵌段结构能够在膜内形成明显的微相分离结构,在膜内构筑连续的离子传输通道,从而提高膜的离子电导率和耐碱性。虽然超支化嵌段结构由于具有一定的空间位阻效应,对于提高膜的耐碱性有很大的促进作用,但是与交联型阴离子交换膜相比,其耐碱性和离子电导率依然不够理想。（5）设计了特罗格碱基聚合物的分子结构并对其做了分子模拟,结果显示,冠醚的引入可以增加分子链在膜内的堆积密度和促进膜内分子链规整度。本项研究采用原位聚合法制备了自具微孔的特罗格碱聚合物,并通过交联反应制备了具有高离子电导率和强耐碱性性的特罗格碱聚合物基AEMs。研究发现,通过引入冠醚可改变特罗格碱基聚合物的刚性结构和溶解性。通过相转化法制备的基于Tb-聚合物结构的Tb-PCEs-1膜（IEC=1.23 meq g-1）,80℃时离子电导率高达141.5 mS cm-1,这是由于这种聚合物存在明显的微相分离结构以及冠醚与金属Na原子之间的络合作用所致。Tb-PCEs-1膜的碱稳定性出色,在80℃ 2MNaOH溶液中浸泡480h后,离子电导率依然保留了 94%左右。基于Tb-PCEs-1膜的H2/O2单电池在恒电流密度为100 mA cm-2时,经过48 h电池测试电压损失很小（1.25 mV h-1）。实验结果表明,Tb-聚合物有望作为AEMs材料,以满足燃料电池的实际应用要求。