质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键组成之一，目前广泛采用的Nafion等含氟类 聚合物质子交换膜的成本较高，而且此类膜必须在有水存在的条件下才能导电，故使得其 大规模应用受到了很大的限制。本文通过在聚合物中掺杂一定量的无机酸(如磷酸和硫酸) 的方法成功地制备了一类非水质子交换膜，并利用红外光谱研究了聚合物与所掺杂的无机 酸之间的相互作用以及无机酸在共混体系中的存在形式；自制一套甲醇渗透率测定装置， 系统研究了甲醇浓度、温度、压力以及无机酸含量等因素对质子交换膜甲醇渗透性能的影 响；利用交流阻抗谱研究了该类型质子交换膜的质子导电性能，并简要讨论了非水质子交 换膜的质子导电机理。 研究结果表明，随着甲醇溶液浓度的增加，PVA-xH3PO4复合膜的甲醇渗透率反而降低； PVA-xH3PO4复合膜的甲醇渗透率则随磷酸含量的增加而增大；温度对于PVA-xH3PO4复合 膜甲醇渗透率的影响较小。当掺入磷酸后，PVA-xH3P04复合膜的质子导电性能有很大程 度的提高；随着磷酸含量的增加，该复合膜的电导率对频率(时间)的依赖性较小，表明该 复合膜的质子导电性能受其链段松弛运动的影响较小，主要是由于体系中质子数量增加的 原因。虽然PAN膜的甲醇阻隔性能优异，但是PAN-xH3P04复合膜的甲醇渗透率却很差， 与Nafion膜的相差不大，而且随甲醇浓度的增加而不断变大。与纯PAN相比，PAN-xH3P04 复合膜的质子导电能力有很大的提高，而且对频率(时间)的依赖性也较小，主要影响因 素也是体系中质子数量的增加。PI与所掺杂的磷酸之间主要以氢键的作用力存在，而且磷 酸也不容易发生电离，其质子导电机理主要依赖于聚合物链段的运动，而不是质子的跃迁； PI-xH3P04复合膜的甲醇渗透率很低，而且PI-xH3P04复合膜的甲醇渗透率随甲醇浓度的增 加而逐渐下降，不过随温度的升高而增大。当研究质子酸掺杂PBI、PNMBI以及PNEBI 等膜的甲醇渗透行为和质子导电性能时发现，它们的甲醇渗透率很低，其甲醇渗透率随着 甲醇浓度的增加而不断减小，随温度的升高而不断增大，而且满足Arrhenius方程；但是 sPBI膜的甲醇阻隔性能很差，与Nafion膜相当，而且其甲醇渗透率随温度的升高或者甲醇 浓度的增加而增加。与上述几类碱性较弱的聚合物不同的是，如果在PBI、PNMBI以及sPBI 浓度的增加而增加。与上述几类碱性较弱的聚合物不同的是，如果在PBI、PNMBI以及sPBI 等材料体系中掺杂无机酸，无机酸容易发生电离产生质子和阴离子，而聚合物本身也会被 质子化，阴离子与聚合物之间以氢键的形式发生相互作用。PNMBI-xH3P04复合膜的质子 导电性能与PBI-xH3P04复合膜相差不大，其质子导电机理为质子跃迁机理，而磷酸含量的 多少并不改变该体系的质子导电机理。 关键词：燃料电池 质子交换膜 甲醇渗透 质子导电 聚酰亚胺 聚苯并咪唑 聚乙烯醇 聚丙烯腈 磺化聚苯并咪唑