全钒液流电池(VRFB)作为一种有前景的大型储能系统,实现可再生能源的重复循环使用。通过电能和化学能的可逆转化,提供了稳定、低污染的能源供给。作为关键组件的质子交换膜(PEM)不仅物理分隔了正/负极电解液,而且也保证了膜内质子的可逆传输能力,实现了电池的闭合回路和能量的储存与释放。Nafion系列膜是目前常用的质子交换膜产品,具备优异的化学稳定性和质子传导能力,但较高成本及高钒离子渗透率限制了规模化的应用前景。研究低成本、高离子选择性的质子交换膜是目前亟待解决的问题,而解决二者间的trade-off效应也是重要的问题。磺化聚醚醚酮(SPEEK)具有制备简单,原料易得和物理化学性能优异等优点,但SPEEK膜的磺化度严重影响离子选择性,因此优化质子传导率与钒离子渗透率的平衡关系是解决trade-off效应的关键。本文通过在SPEEK基膜中掺杂不同结构纳米填料制备了系列复合膜,探索了质子交换膜离子选择性、质子传导率和钒离子渗透率协同平衡和强化的方法与思路。首先,以锂皂石(Lap)为改性剂,制备了SPEEK/Lap复合膜。探讨了片层结构及-OH基团对膜物理化学性能的影响。SPEEK/Lap-0.2复合膜具有最高的离子选择性,同时其物理化学性能明显优于纯SPEEK膜。单电池测试中,SPEEK/Lap-0.2复合膜的电池效率优于Nafion 117膜和SPEEK/GO-1复合膜。结果表明,单片层、高长径比的GO利于降低复合膜的钒离子渗透率,但多片层、含有大量-OH基团的Lap利于提高复合膜的机械性能和质子传输能力。氧化石墨烯(GO)对钒离子具有阻隔作用,但不能有效地促进质子传输。进而,论文以4,4-二氨基-2,2-联苯二磺酸(BDSA)对GO进行功能化改性,制备了两亲化的GO-BDSA纳米填料,并共混制备了SPEEK/GO-BDSA复合膜。SPEEK/GO-BDSA-1复合膜具有最高的离子选择性和质子传导能力。在单电池测试中展现了优异的结构稳定性、循环稳定性和电池效率,证明两亲化GO-BDSA纳米片的阻隔效应和酸-碱对作用有效提升了SPEEK复合膜的电池性能和物理化学性能。