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作为一种新型储能装置,全钒液流电池随着新能源的不断开发而受到大量关注。全钒液流电池性能的关键在于优异的离子交换膜。目前,杜邦公司的Nafion系列膜被广泛使用,但也存在价格昂贵、阻钒能力差等问题。聚酰亚胺（PI）由于其价格低廉、种类繁多且自身结构可设计等特点而受到青睐,磺化聚酰亚胺（SPI）合成简单且成膜性佳,但作为钒电池隔膜,其阻钒能力有待提高。本文,利用孔径筛分以及离子交换膜自身传质机理,设计并制备了多系列高性能磺化聚酰亚胺离子交换膜,将其组装成单电池并进行性能测试。主要研究内容和结论如下:1、为提高SPI膜的阻钒能力,本文使用1,4,5,8-萘四甲酸酐（NTDA）,2,2’-联苯胺二磺酸（BDSA）和2,2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯]六氟丙烷（HFBAPP）合成了含氟聚酰亚胺（SPI-HFBAPP）,并将其流延成膜。结果证明,随着疏水性含氟基团的引入,SPI-HFBAPP膜的含水量随之下降,SPI-HFBAPP膜的钒离子渗透率达到了0.97×10-7·cm2·min-1,远小于Nafion115（N115）的9.69×10-7·cm2·min-1。在电流密度为100 m A cm-2时,其电池库伦效率（CE）值为99.61%, 电压效率（VE）值为84.89%,能量效率（EE）值为84.56%（N115,80.2%）,自放电时间达到了300h,是N115的（22h）的13.63倍。电池运行超过500次循环,隔膜性能十分稳定。2、金属有机框架结构（MOFs）是一种新型多孔材料,具备结构可设计,化学稳定性高等优点受到广泛关注。UIO-66-NH2是一种Zr基MOFs,其孔径介于水合氢离子与钒离子之间,且化学稳定性与水解稳定性极其优秀。将UIO-66-NH2与SPI共混制备成杂化膜,可以提高杂化膜的阻钒能力。本文研究了UIO-66-NH2的不同含量对膜性能的影响。结果证明,随着UIO-66-NH2的含量增加,杂化膜的阻钒能力不断上升,与此同时,面电阻不断上升,质子电导率却逐渐下降。当电流密度位于60m A cm-2至120m A cm-2之间时,UIO-66-NH2的含量为1wt%,杂化膜综合性能最优,在阻钒与传导质子之间达到了平衡。当电流密度为120m Acm-2时,电池EE值为85.42%,远高于N115的79.58%。自放电时间为57h,达到了N115（22h）的2.59倍。3、氧化石墨烯的结构十分独特,为二维层状,其表面富含多种含氧基团,能提高阻钒能力且机械强度较高。本文合成了氨基化氧化石墨烯（GO-NH2）,通过化学键合法,在SPI分子链引入GO-NH2,合成不同分子量的聚酰亚胺（SPI-GO）。实验表明,提高SPI-GO的分子量,可提高膜的耐氧化性能。当GO-NH2含量为1wt%时,隔膜的阻钒能力和质子电导率同时提高。SPI-GO-2膜中的GONH2分散最均匀,导致其钒离子渗透率为0.91×10-7·cm2·min-1,质子电导率为30.49 m S cm-1,得到了最高的质子选择性,为33.51×104s min cm-3,远高于N115的6.33×104s min cm-3。在100m A cm-2电流密度下,装有SPI-GO-2膜的电池综合性能最好,其CE、VE和EE值分别为97.95%、89.32%和87.49%,高于N115的95.43%、84.05%和80.22%。进行了200次的充放电测试,电池性能十分稳定。