质子交换膜燃料电池(PEMFC)对未来能源需求至关重要,作为燃料电池最核心部件质子交换膜的性能对PEMFC寿命长短影响极大。Nafion膜作为当前最被人们熟知的质子交换膜材料之一。它拥有良好的综合性能且在低温环境下可以保持较高的质子电导率,但是其制作成本昂贵且无法在高温低湿度下保持较高的质子电导率。当PEMFC电堆温度高于80后,Nafion膜会出现少许脱水的现象从而导致质子传递能力急剧下降,严重影响膜的性能。因此制备出价格低廉且可以在高温情况下正常运行的质子交换膜是目前研究重点方向之一。本文采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)作为质子交换膜的基体材料,分别引入羟基乙叉二膦酸(HEDP)和1-(3-氨基丙基)咪唑两种不依赖于水的高温质子导体制备复合膜,并对制备的复合膜进行结构表征和性能分析。具体内容如下:(1)以磺酸和膦酸为主要质子传导载体,利用异氰酸基丙基三乙氧硅烷(IPTES)和HEDP之间的加成反应将HEDP化学键合到有机硅氧烷体系中,然后将膦酸化有机硅氧烷掺杂到SPEEK基体材料中制备复合膜。通过红外光谱测试表明IPTES和HEDP反应成功。场发射扫描电镜(SEM)观察其断面显示复合膜内具有较完善的交联结构。本实验制备的复合膜具备很好的力学性能、热稳定性、抗氧化性能以及耐水解特性,在80去离子水中可以稳定存在。复合膜的离子交换容量(IEC值)和质子电导率均随着HEDP含量的增加而增加。由于HEDP的存在使得复合膜在高温低湿度条件下仍然保持较高的质子电导率,AES-3复合膜在140质子电导率可达0.0597 S/cm。制备的复合膜具备良好的综合性能可以满足燃料电池的工作需求。(2)通过加成反应将IPTES和1-(3-氨基丙基)咪唑化学键合,然后将咪唑化有机硅氧烷掺杂到SPEEK材料中制备复合膜。红外光谱测试表明IPTES和1-(3-氨基丙基)咪唑成功反应,IPTES中的硅氧烷成功水解为Si-O-Si结构,并且咪唑环和磺酸根形成酸碱对。对制备的复合膜进行性能测试,结果表明复合膜具备很好的耐水解性、力学性能、抗氧化性以及热稳定性能。复合膜可以在很宽的温度范围内(20-140)运行,尤其是SPEEK-IM3,4复合膜在140质子电导率均超过0.04 S/cm,具有一定的实际运用价值。