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高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)具有水热管理系统简单、电化学反应速率快、催化剂对燃料中的杂质如CO的耐受性高等优点,具有良好的应用前景。作为HT-PEMFCs核心材料的质子交换膜(PEM)需要满足在高温低湿度条件下仍然具有较高的质子传导能力、良好的热稳定性、化学稳定性和机械性能等要求。研究性能优良且稳定性良好的高温PEM材料是推动PEMFCs发展的重要保障。磷酸掺杂型HT-PEM的电导率取决于膜材料中磷酸的含量,即磷酸掺杂水平越高,膜的电导率也越高。但是,较高的酸掺杂水平会显著降低膜材料的机械性能,从而影响燃料电池的性能和使用寿命。因此,研究如何同时提高HT-PEMs的电导率和机械性能,已成为促进HT-PEMFCs进一步发展的关键问题。本论文针对上述问题分别采用聚苯并咪唑(PBI)和聚苯醚(PPO)为基体材料,采用不同的改性手段,制备适合燃料电池使用的HT-PEMs,并对其在燃料电池领域应用的可行性进行评价。本论文一共分为五章。第一章对燃料电池的发展进行了简要概述,着重介绍了 PBI体系和PPO体系在HT-PEM方面的发展。第二章介绍了采用的药品、实验方法和仪器分析手段。第三章以1-三甲基硅基-2-对氯甲基苯乙烷(Ph-Si)和3-氯丙基三甲氧基硅烷(Pr-Si)两种硅烷偶联剂为化学交联剂,分别制备了交联度为5%、10%、30%和50%硅烷交联的 PBI 膜材料,即 PBI-X%Ph 和 PBI-X%Pr(X=5、10、30、50),并对所制备的膜材料的性能进行了综合比较。性能测试结果显示,硅烷交联PBI膜的电导率、机械性能等都优于未交联的PBI膜。对于硅烷交联PBI膜而言,引入硅烷偶联剂后经过水解形成Si-O-Si网状结构,能增加膜材料中磷酸的含量,从而提高电导率,同时交联结构也提升了膜材料的机械性能。其中PBI-30%Ph/13.6PA膜在180℃时的电导率是0.13S cm-1,室温下的断裂拉伸强度是4.7MPa,120℃时的断裂拉伸强度是1.4 MPa,在180℃电池性能测试的峰值功率密度为428 mW cm-2,开路电压为0.92V。第四章以1,3,5-三溴甲基-2,4,6-三乙基苯(Bm3Br)和1,3,5-三溴甲基苯(B3Br)作交联剂,制备了两种不同结构的交联度分别为7.5%、15%和30%的PBI交联膜,即Bm3Br-X%和B3Br-X%(X=7.5、15、30)。性能测试结果显示,两类PBI交联膜具有优良的机械性能和化学稳定性,满足高温质子交换膜燃料电池的需求。其中Bm3Br-7.5%/11.6PA膜在室温下的拉伸强度是8.54 MPa,在120 ℃时的拉伸强度是3.52 MPa;B3Br-7.5%/11.1PA膜在室温下的拉伸强度是9.2 MPa,在120 ℃时的拉伸强度是3.88 MPa;Bm3Br-15%/12.8PA膜在180 ℃时的电导率可以达到0.114 S cm-1。Bm3Br-7.5%/11.6PA膜在180 ℃电池性能测试的峰值功率密度为335 mW cm-2,开路电压为0.93 V。第五章研究了应用“互穿”技术来制备兼具高电导率和良好机械性能的HT-PEM膜。采用聚合物溴化PPO为基体材料,与苯乙烯(PS)/乙烯基咪唑(VIm)/二乙烯基苯(DVB)的共混单体,制备了具有互穿网络结构的BPPO-X%VIm-DVB-PS-Y%DMIm 膜材料,其中 X%、Y%分别代表 VIm、DMIm与BPPO中-CH2Br的摩尔比,并研究了膜材料的物理化学性能。结果表明,与BPPO-100%DMIm膜相比,互穿网络结构的形成明显改善了膜材料的机械性能。其中BPPO-100%DMIm膜在室温的拉伸强度是2.49 MPa,而BPPO-70%VIm-DVB-PS-30%DMIm 膜和 BPPO-100%VIm-DVB-PS 膜在室温的拉伸强度分别是 5.04 MPa 和 7.89 MPa。BPPO-100%VIm-DVB-PS 和BPPO-70%VIm-DVB-PS-30%DMIm 膜在 180℃ 时的电导率分别是 0.049 S cm-1 和0.067 S cm-1。