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随着人类社会对能源的需求日益增长及传统化石能源的日渐枯竭,社会各界都在致力于发展绿色、无污染的清洁能源技术。在新型电池技术中,全钒液流电池与氢氧燃料电池技术凭借环境友好、安全性高、寿命长、能量效率高等优点被认为是目前最有希望实现大规模推广的储能技术及动力电池技术之一。在上述两种电化学能源装置中,质子交换膜技术是实现其高性能的关键。目前在全钒液流电池和氢燃料电池中均广泛采用全氟磺酸膜（例如Nafion?膜）作为质子交换膜,但其存在价格昂贵、低湿条件下导电率不足、钒离子渗透严重、尺寸稳定性较差等问题,严重限制了全钒液流电池和氢燃料电池性能的进一步提升和大规模的应用推广。为解决这些问题,本文针对质子交换膜在全钒液流电池和氢燃料电池中的性能要求和特点,提出了三种改进措施,获得了更高性能的质子交换膜:（1）通过引入具有微孔中空结构的纳米硅球作为微型储水箱,提高了质子交换膜的吸湿和储水能力,同时溶胀度也明显降低,对环境湿度的突变表现出了更好的适应能力;（2）采用具有高导电性的离子液体作为质子给体,摆脱传统质子交换膜导电性能对环境湿度的依赖性,并引入中空多孔SiO2微球作为微型储液器,增加了离子液体在膜基体中的吸附稳定性,该膜在中高温低湿条件下表现出了较高的导电率和稳定性,为中高温燃料电池质子交换膜的设计提供了新的思路;（3）不同于传统的有机-无机复合膜,本文成功制备了功能性磺酸氧化锆,利用其表面大量的磺酸基团促进磺化聚醚砜的质子传导,同时可以有效抑制钒离子的跨膜迁移,离子选择性大幅提高,在100mA cm-2下电池能量效率可高达86.78%,优于Nafion?212全氟磺酸膜。此外,本文还对具有不同化学结构的聚合物材料（C-F键、C-H键、苯环）的化学稳定性进行比较测试,结果表明,磺化度对聚醚砜等材料的化学稳定性有显著影响,为之后高稳定性质子交换膜材料的选择提供了依据。