作为迄今为止综合性能最佳的燃料电池质子交换膜，全氟磺酸（PFSA）质子交换膜具有超强的化学和物理稳定性，很高的质子电导率以及力学强度，因此受到了相关研究领域的广泛关注，并成为即将大规模生产的燃料电池电动车的首选膜材料。由于 PFSA树脂在熔点附近热降解以及其前驱体全氟磺酰氟（PFSF）树脂不溶于常规的有机溶剂，使得PFSA溶液流延和PFSF熔融加工成为制备PFSA质子交换膜的唯有两个途径，也使得几乎所有的该领域的研究均是以这两个体系为基础。然而，这两个体系互有优缺，制备的PFSA质子交换膜内部结构也难称完善，因此表现出来的性能也互有优劣。本文的主要工作在于突破现有研究体系的限制，利用全氟溶剂成功将PFSF树脂溶解，获得了均匀的PFSF溶液，由此开拓出一个全新的PFSA研究体系，即PFSF溶液体系，并在此基础上开展了一系列的研究工作，主要包括以下四个部分：　　第一部分通过对PFSF溶液的研究分析，并尝试将该研究体系应用于全氟磺酸质子交换膜的制备上来，研究结果表明，新体系下制备的PFSA质子交换膜较传统工艺制备的质子交换膜相比，前者展现出更高的质子电导，尺寸稳定性和化学稳定性，而甲醇透过率仅为PFSF熔融挤出膜（MEM）的33％和PFSA溶液流延膜（RCM）的60%。众所周知，PFSA质子交换膜的性能由其内部结构决定，而其内部结构的典型特征是存在聚四氟乙烯主链和含磺酸根侧链之间的相分离，从而形成了结晶区，离子簇区和过渡区。进一步的结构分析研究表明，新体系下制备的质子交换膜存在着更高的结晶度和更大的结晶尺寸。DMA分析显示，PFSF的玻璃化转变温度远低于PFSA（Tg,PFSA≈120℃ vs. Tg,PFSF≈20℃），从而发现PFSF溶液体系兼具有PFSA溶液体系成膜过程中溶液的低粘度和长结晶时间以及PFSF熔融挤出体系中PFSF树脂的低玻璃化转变温度的优点，因而PFSF分子链在成膜过程中具有更大的链运动自由度，使最终制备的PFSA质子交换膜具有更高结晶度和更大的结晶尺寸，膜的内部结构更完整。　　第二部分是进一步对新体系下成的膜做系统的研究，以便寻找出最佳的成膜条件。考虑到树脂的离子交换容量（IEC）和成膜温度是影响到最终膜性能的两个主要因素，因此，本章通过研究IEC和成膜温度与最终所得到的PFSA质子交换膜性能之间关系，并以目前燃料电池领域研究最广泛的商业化纯PFSA质子交换膜Nafion(R)NRE211为参考标准，筛选出适合于应用的成膜条件范围以及性能最佳的成膜条件。最终实验结果表明，新体系下制备的PFSA质子交换膜，其最高的质子电导率出现在IEC为1.10meq/g左右，由质子电导率和甲醇透过率引申出的选择性系数表明，合适的IEC在0.94-1.05meq/g之间，最佳IEC为1.00meq/g；而从溶解度的角度考察则要求IEC不得高于1.02meq/g。成膜温度对膜性能有积极影响，较高的成膜温度有利于 PFSA质子交换膜结晶生长，使膜的性能随成膜温度升高而增加。选择性系数表明，该体系下，处理温度高于115℃即可，而最佳热处理温度出现在178℃左右。这些都为后续单电池运行测试提供了参考。同时，文中分别从吸水率和结晶两方面对IEC和成膜温度对PFSA质子交换膜性能的影响从理论角度给予合理解释。　　目前，绝大部分PFSA质子交换膜研究的最终目的就是制备出适用于燃料电池的高性能质子交换膜，因此，膜的好坏需要通过最直接的在线电池数据来反映，故而第三部分就是在前两章工作的基础上考察新体系下制备的PFSA质子交换膜单电池运行性能。与第二部分选择性系数结果类似，高选择性系数的PFSA质子交换膜具有更佳的单电池性能，其中单电池性能最佳的PFSA质子交换膜为IEC＝1.01meq/g、热处理温度为180℃的样品。与商业化质子交换膜Nafion(R)NRE211相比，新体系下制备的质子交换膜单电池性能较高，其中IEC＝1.01meq/g、热处理温度为180℃的样品氢气透过率略低于商业膜，其极化曲线电流密度在整个电压范围内都高于商业化质子交换膜Nafion(R)NRE211，其0.6V电压下对应的电流密度为1.32A/cm2，远高于后者的1.12A/cm2，其输出功率密度峰值也高出商业质子交换膜Nafion(R)NRE211的22%（0.929 vs0.764W/cm2）。考虑到Nafion(R)NRE211为PFSA溶液流延法制备的非常适用于燃料电池应用的质子交换膜，其单电池表现远远好于熔融挤出法制备的商业膜如Nafion(R)117，因此可以断定，新体系下制备的质子交换膜较两种传统工艺制备的膜具有更好的电池表现，是一种理想的燃料电池用膜制备新方案。　　最后一部分则是对PFSF溶液体系在复合膜制备方面的研究。由于PFSA树脂与多孔聚四氟乙烯（ePTFE）复合后可以获得一系列的好处，如较低的干燥/溶胀形变，在极薄的情况下仍然有很的强度，从而能够降低昂贵的PFSA用量以及降低膜的面电阻，因此该复合膜一直是燃料电池用膜的重要研究领域之一。然而传统的复合技术都会遇到一个问题，就是如何将亲水的PFSA溶液完全渗入到憎水的ePTFE微孔当中去。本部分研究利用PFSF溶液的憎水性，成功地解决了PFSA与ePTFE复合膜制备工艺中的这个难题。实验结果表明，新方法制备的复合膜中PFSA与ePTFE复合更紧密，断面分析表明复合膜内部不存在未填实的气孔或通道，因而该复合膜具有更低的气体透过率，更低的面电阻，其单电池性能非常接近商业化Nafion(R)NRE211质子交换膜，二者的功率密度峰值分别为0.748和0.734W/cm2。新体系下制备的复合膜在所有电流密度范围内表现都比PFSA溶液直接复合工艺制备的复合膜要强上不少，而后者的膜的电池功率密度峰值仅仅为0.546W/cm2，为新体系下制备的复合膜的73%。