质子交换膜是质子交换膜燃料电池（PEMFC）中的固体电解质材料,起到隔离两极燃料、为两极提供质子传输通道,应具有致密性、高质子传导率、强机械性能和抗溶胀性。商业化的全氟质子交换膜Nafion机械性能与抗溶胀性不足、价格昂贵,非氟或非全氟质子交换膜存在质子传导率或相容性不高等问题。本文提出同轴电纺法设计Nafion/PVDF同轴纤维复合膜,Nafion纤维壳层构建长程质子传导通道及高传导率,PVDF核层提供强机械性能及抗溶胀性,同轴纤维限域效应以及核层纤维中Nafion组分粘合增强Nafion与PVDF的界面结合。与共混浇铸膜和单轴电纺膜相比,同轴电纺膜抗拉伸强度明显提高,溶胀降低,电池性能提高。首先,对比了增强材料聚四氟乙烯（PTFE）、不同厂家聚偏氟乙烯（A-PVDF和S-PVDF）的可纺性、机械性能、抗溶胀性和氧化稳定性。PTFE膜氧化稳定性最优,但可纺性差,不能热压形成致密膜,机械性能不如S-PVDF电纺膜的50%,且需在380℃下高温煅烧。10 wt%的A-PVDF纤维形貌不完整,14 wt%的A-PVDF纤维平均直径过大（1.18μm）。S-PVDF电纺膜的机械性能最佳,最大应力、应变分别为37.4 MPa、137.6%,分别比A-PVDF电纺膜和PTFE电纺膜提高了13.0%、39.0%和144.4%、73.7%。因此本文选用10 wt%的S-PVDF作为同轴纤维质子交换膜的内核增强材料。然后,利用同轴静电纺丝,构建了具有同轴纤维结构的同轴电纺Nafion/PVDF质子交换膜。Co-NP的纤维平均直径为300 nm,比Un-NP增大了57.9%。同轴纤维膜的溶胀度为10.8%,仅为浇铸膜的一半。同轴纤维膜的抗拉伸性最佳,最大拉伸形变高达147.2%,相较于单轴纤维膜提高了29.5%。80℃时,同轴纤维膜电池峰值功率密度为826.4m W cm-2,分别比浇铸膜和单轴纤维膜电池提高了58.4%和10.0%。最后,对同轴纤维的核、壳层组分Nafion、PVDF配比进行优化。制备了Co-PVDF@9:1-Shell、Co-3:7@9:1-Shell和Co-11:9@Nafion-Shell膜。三种膜的氧化稳定性均高于商业化Nafion 211膜,其中Co-PVDF@9:1-Shell膜的氧化稳定性最高,在芬顿试剂中80℃浸泡4 h后的质量损失为1.3%,比Co-3:7@9:1-Shell和Co-11:9@Nafion-Shell膜的质量损失分别减少了18.5%和62.5%。Co-3:7@9:1-Shell膜表现出最佳的机械性能,其最大应力、应变分别比Nafion 211提高了211.6%和5.4%。80℃时,Co-11:9@Nafion-Shell膜的质子传导率比Nafion 211提高了22.0%,峰值功率密度为1119.2 m W cm-2,提高了6.8%。