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全钒液流电池具有循环寿命长、能量存储能力大、可循环利用等优点,成为现今潜在的大型储能技术之一。离子交换膜作为全钒液流电池关键材料之一,对全钒液流电池的电池效率、容量衰减和电池寿命有直接影响。目前,全氟磺酸膜（例如Nafion膜）因其具有优异的化学稳定性和高质子传导能力,成为应用最为广泛的全钒液流电池离子交换膜。然而,Nafion膜钒离子渗透率高以及价格十分昂贵,限制了全钒液流电池的工业化发展。近年来,全钒液流电池用非氟磺化聚酰亚胺（SPI）被广泛报导,这得益于其具有高机械强度、优异的化学稳定性、良好的电池性能,且价格低廉。因此,本论文通过对非氟SPI分子结构的设计,来实现预期的理化性能及电池性能。本文通过一步高温缩聚法合成了不同咪唑基团含量的SPI,并且成功地制备了四种不同磺化度的SPI质子膜。将SPI薄膜在硫酸中浸泡,聚合物链段中的咪唑基团被质子化,显碱性,从而制备出SPI酸碱膜。SPI酸碱膜中的磺酸基团（-SO3H）与质子化的咪唑基团之间的酸碱对,促进了质子传输通道的形成,可以有效地增强质子的传导能力。对SPI酸碱膜进行一系列的理化性能测试后,优化出磺化度为50%的SPI（SPI50）酸碱膜的钒离子渗透率(2.2×10-7 cm2 min-1)比Nafion 115膜(20.2×10-7 cm2 min-1)低10倍左右。SPI50酸碱膜在全钒液流电池倍率性能检测中(电流密度:40-160 mA cm-2),其库仑效率（96.1-98.9%）及能量效率（74.3-90.1%）均优于Nafion115膜（库仑效率:88.7-94.3%,能量效率:71.7-85.0%）。而且,SPI50酸碱膜对应的全钒液流电池在电流密度为160 mA cm-2下,经过400次充放电循环测试后,依然表现出稳定的电池性能。本文也通过一步高温缩聚法合成了具有柔性烷基链的SPI（SPI-DMDAs）。利用硅烷偶联剂KH-560与SPI-DMDAs进行交联反应,制备具有交联网络结构的SPI-DMDA膜（CSPI-DMDA）。CSPI-DMDA交换膜中引入具有柔性脂肪族基团的疏水链段和具有芳族基团的亲水链段,促进了薄膜相分离结构的形成,进而增强质子传导的能力。交联结构的引入,可以有效的提高CSPI-DMDA膜的机械强度和化学稳定性。在全钒液流电池测试中,电流密度为220 mA cm-2时,优化出的CSPI-DMDA膜（CSPI-DMDA（1:1））的电池性能（库仑效率:99.4%,能量效率:73.2%）比Nafion 115（库仑效率:96.8%,能量效率:69.0%）更为优异。此外,CSPI-DMDA（1:1）膜对应的全钒液流电池,在1000圈的长循环寿命检测中电池性能几乎没有衰减(电流密度为160mA cm-2);并且在宽温度检测中,能够保持稳定的电池性能（温度范围:-20至60°C）。