全钒氧化还原液流电池（VRFB）是一个新型绿色能量储存系统。与其它储能系统相比,VRFB具有容量和功率可调、大电流无损深度放电、寿命长、操作简单等优势。作为VRFB的主要部件之一,质子导电膜既提供质子传输的通道,又起到分隔正负极电解液、防止电池自放电的作用。目前,全氟磺酸Nafion系列膜由于其较高的化学稳定性和质子传导率在VRFB中得到了普遍的应用。然而,由于Nafion膜对质子和钒离子的选择性不高,导致VRFB充放电过程中形成正负极钒离子的交叉渗透,并最终引起电池的库仑效率和能量效率下降、自放电严重和循环寿命缩短等一系列问题。另外,Nafion膜的价格极其昂贵,极大地限制了其在VRFB中的大规模商业化应用。磺化聚酰亚胺（SPI）膜由于良好的阻钒性、热稳定性和质子传导率以及合理的价格等优点而被广泛研究和应用于VRFB。但与大多数非氟高分子膜类似,SPI膜应用于VRFB中亦存在化学稳定性不足的问题,这就需要进一步对SPI膜进行改性。研究发现,支化高分子膜具有比线性高分子膜更高的热稳定性和化学稳定性。受此启发,在本论文中,通过引入具有支化结构的非磺化三氨单体、优化非磺化二胺单体结构,制备了一系列面向VRFB应用的、化学稳定性较线型SPI膜提高的支化SPI（b SPI）膜。然后,通过向bSPI基质中引入无机填料来改善膜的阻钒性能,以获得具有较高的质子传导率和化学稳定性、较低的钒渗透和价格的新型VRFB隔膜。本论文主要研究工作如下:（1）分别以2-（4-氨基苯基）-5-氨基苯并咪唑（APABI）、4,4′-二氨基二苯基甲烷（MDA）、2,2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷（BAPP）为非磺化二胺单体,以1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTDA）、4,4′-二氨基联苯胺-2,2′-双磺酸（BDSA）为原料,通过引入非磺化三氨单体1,3,5-三（4-氨基苯氧基）苯（TAPOB）,制备了一系列含不同非磺化二胺单体的b SPI膜。用FTIR和¹H-NMR表征膜的结构,用SEM表征膜的形貌,用TG曲线分析膜的热稳定性,并研究膜的理化性质,如吸水率、溶胀率、离子交换容量、质子传导率等。结果表明:所有的b SPI膜都具有良好的热稳定性,均展现出比Nafion 117膜更低的钒离子渗透率和比线性SPI（ODA）膜更好的化学稳定性。其中,b SPI（BAPP）膜具有最高的质子选择性(1.23×10⁵ S min cm^-3)和化学稳定性。用bSPI（BAPP）膜组装的VRFB（135 h）具有比用Nafion 117膜组装的VRFB（100 h）更长的自放电时间。在30–120 mA cm^-2电流密度下实施500次循环充放电测试,使用bSPI（BAPP）膜的VRFB的电池效率（库伦效率CE:97.1⁹9.7%;能量效率EE:61.6⁸0.7%）高于使用Nafion 117膜的VRFB（CE:95.2⁹8.6%;EE:58.8⁷4.0%）,前者容量保留率亦高于或可比于后者。（2）为了提高bSPI膜的阻钒性和化学稳定性,以NTDA、BDSA、BAPP和TAPOB为原料,通过传统缩聚法合成了b SPI。此外,通过液相剥离法制备了MoS₂纳米片,将其添加到bSPI基质中制备了bSPI/MoS₂纳米片（bSPI/MoS₂-ns）复合膜。同时,也制备了纯bSPI膜和bSPI/MoS₂纳米粉（bSPI/MoS₂-np）复合膜。用SEM、TEM和SPM表征MoS₂-ns的形貌,用XRD和FTIR表征无机物和膜的结构,用SEM和AFM表征膜的形貌,并测试膜的理化性质,包括吸水率、溶胀率、离子交换容量、质子传导率等。结果表明:所制备的bSPI/MoS₂-ns膜具有可比于Nafion 117膜的质子传导率(5.04×10^-2 S cm^-1)和最高的质子选择性(7.75×10⁵ S min cm^-3)。将bSPI/MoS₂-ns膜应用于VRFB中,显示出最长的自放电时间（312 h）。在20–60 mA cm^-2电流密度下实施500次循环充放电测试,使用bSPI/MoS₂-ns膜的VRFB展现出比使用Nafion 117膜的VRFB（CE:96.0–99.0%;EE:55.0–72.9%）更高的电池效率（CE:97.0–99.9%;EE:61.3–80.0%）,前者放电容量保留率亦高于或可比于后者。（3）为了探究无机填料的添加量对bSPI膜性质和性能的影响,通过使用α,ω-二氨丙基聚二甲基硅氧烷（PDMS）改性SiC,得到SiC（PDMS）,并将其添加到bSPI基质中,制备了一系列bSPI/SiC（PDMS）复合膜。同时,也制备了纯bSPI膜和bSPI/SiC复合膜作为参考膜。用SEM和TEM表征SiC（PDMS）的形貌,用XRD和FTIR表征SiC（PDMS）的结构,用SEM表征膜的形貌,并测试膜的理化性质,如吸水率、溶胀率、离子交换容量、质子传导率等。结果表明:在所有的bSPI/SiC（PDMS）膜中,bSPI/SiC（PDMS）-1.5%膜具有最高的质子选择性(2.99×10⁵ S min cm^-3)。将bSPI/SiC（PDMS）-1.5%膜应用于VRFB中时,展现出比使用Nafion 117膜的VRFB更长的自放电时间。在20–60 mA cm^-2电流密度下实施500次循环充放电测试,使用bSPI/SiC（PDMS）-1.5%膜的VRFB展现出比使用Nafion 117膜的VRFB（CE:96.0–99.0%;EE:55.0–72.9%）更高或接近的CE（97.2–99.3%）和EE（55.0–84.4%）。此外,前者放电容量保留率亦优于或接近于后者。