质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心材料。质子交换膜的耐久性一直是质子交换膜的重要指标之一,也是燃料电池的产业应用在膜方面的技术障碍之一。在提高质子交换膜的耐久性和寿命方面,由于缺乏对质子交换膜退化机理（Degradation mechanism）的系统研究和基于失效机理的有效解决措施,目前取得的进展尚不能满足燃料电池实际运行的需要。本文主要从质子交换膜的化学耐久性和机械稳定性考察其耐久性。化学稳定性采用Fenton加速体系(Fe²⁺/H₂O₂)对质子交换膜的耐久性进行了研究。同时比较了质子交换膜在Fe²⁺/H₂O₂、Cu²⁺/H₂O₂和Cr³⁺/H₂O₂加速体系中质子交换的化学衰减行为。机械稳定性采用失水-溶涨循环实验比较了Nafion111膜和PTFE/Nafion复合膜的物理退化行为。研究发现:（1）Nafion111膜在Fenton加速体系中化学腐蚀后,形貌发生了巨大变化,SEM图显示化学降解后的Nafion111膜的表面出现许多刺孔和小气泡。降解后Nafion111膜分子结构的改变和基团的流失使其物理性能受到了较大影响。随着-SO₃^-的流失,Nafion111膜的电导率也明显下降;降解后Nafion 111稀疏的结构大大降低了的膜机械强度,而且H₂渗透急剧增加。然而,PEMs电导率的下降和机械强度的下降,只能使PEMs的性能下降;H₂渗透急剧增加则导致PEMs完全失效。（2）在不同金属离子加速体系下质子交换膜的退化速度是不同的。Fe²⁺和Cu²⁺大大加速了Nafion111膜的降解,主要是因为Fe²⁺和Cu²⁺能够催化H₂O₂产生攻击性基团OH·和HOO·。（3）Nafion-Fe²⁺降解液的NMR谱图表明Nafion111膜降解后残留于降解液中的产物以整个侧链或侧链降解产物的形式存在,FTIR图谱和而NMR图谱联合证明了Nafion111膜主链和侧链以相近的速率降解。因此可以推论质子交换膜主链上的末端缺陷基团是降解的开始位置。在自由基攻击下,膜树脂高分子缺陷末端的C原子脱落;脱落后相临的C原子成为缺陷末端,如此往复导致主链降解和侧链单元的脱落。主链降解产物CO₂在膜内形成气泡,气泡的破裂以及膜的降解导致形成小孔。（4）采取失水-溶涨实验来研究质子交换膜在长期低应力下的机械稳定性。拉伸试验表明在低于1.70 MPa的应力下Nafion膜形变很小,但是受到的溶涨应力可达到2.23 MPa（25℃,饱水状态到25RH%湿度转变过程）。经过多次失水溶胀循环,Nafion膜厚度变薄,溶胀率降低。研究同时发现,PTFE/Nafion复合膜的机械稳定性更好,在连续失水-溶涨下而PTFE/Nafion复合膜在连续失水-溶涨下厚度和溶涨率变化不明显,这主要是因为PTFE/Nafion复合膜的溶胀应力相对于均质膜的2.23 MPa下降到0.4 MPa。