阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)具有较高的能量转化率(40%～70%)、可使用非贵金属(银、镍等)催化剂和灵活的燃料选择等优点,受到广泛关注。阴离子交换膜(AEMs)是AEMFC的核心组件,具有分隔阴阳两极和传输氢氧根离子的双重作用,其性能直接影响着燃料电池的性能和使用寿命。近十年,虽然研发了大量的AEMs,但大多数膜材料仍存在离子电导率低和耐碱性能差这两大问题。增加离子基团与聚合物主链间的距离制备的侧链型AEMs,能有效地提高离子基团的局部移动性,促进离子基团自聚集形成亲/疏水微相分离结构,构建高效、连续的离子传输通道,从而提高离子电导率。然而,侧链型阴离子交换膜的结构与性能之间关系尚未明确。本论文设计并制备了一系列侧链型AEMs,以期为面向AEMFC的高性能阴离子交换膜的研发提供科学的指导。主要研究结果如下:(1)以(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵离子液体作功能化试剂,通过一步开环反应将其接枝到含羟基的聚醚砜主链,成功制备一系列季铵基团位于侧链末端的AEMs。与传统功能化方法相比,一步开环法接枝反应能在制膜过程中避免使用致癌性氯甲基化试剂,并且步骤简单、反应条件温和。结果表明,季铵基团能够在溶液中自聚集并在成膜状态下形成规整的亲/疏水微相分离结构。膜在80 ℃下获得较高的离子电导率为46.8 mS·cm-1。此外,膜还具有较高的单电池功率密度和良好的耐碱性能,为新型侧链型AEMs的制备与应用奠定良好的基础。(2)为解决聚醚砜主链上醚基在碱性环境中受砜基的吸电子作用影响,容易遭受OH-进攻发生C-O键断裂致使聚醚砜主链降解这一问题。我们选择部分氟化的聚芳醚聚合物为主链,离子基团通过多个长柔性亚甲基单元与主链相连制备爪型侧链AEMs。该结构不仅降低了离子基团对主链的吸电子作用,同时由于亲水功能化侧链与疏水氟化主链的不相容性,有效地促进膜内亲/疏水微相分离结构的形成。IEC为1.26meq·g-1的FPAE-3B-3.0-PD膜在80℃下的最高离子电导率达到 98.19mS.cm-1。此外,将 FPAE-3B-3.0-PD 膜浸于 80℃、1MKOH 溶液600 h,仍保留94%的离子电导率和93%的IEC,表明其耐碱性能优异。在H2/O2型单电池测试中,其功率密度高达156mW·cm-2,有良好的燃料电池性能。(3)增加膜的IEC能有效提高离子电导率,但是过高的IEC会引起膜材料过度溶胀,降低其机械性能。针对这个问题,设计聚芳醚结构聚合物使其侧链末端含不饱和双键,在Grubbs 2代催化剂作用下进行烯烃复分解反应接枝哌啶离子基团。然后利用剩余不饱和双键进行高温热交联反应,成功制备了侧链交联型聚芳醚阴离子交换膜。交联网状结构有效地降低膜材料的含水率和溶胀率,并提升膜的机械性能。C-FPAE-PH-1.5交联膜的离子电导率在80℃时达到81.1 mS·cm-1。将该膜浸泡在60℃、1MKOH水溶液360h,保留了 93.1%的离子电导率,具有优异的耐碱性能。