聚合物电解质燃料电池由于其较高的能量转化效率、较低的污染、噪音和维修费用,有望成为能源应用中最突出的一种技术。目前为止,对聚合物电解质燃料电池研究主要集中于质子交换膜燃料电池(PEMFCs),它一般以Nafion(全氟磺酸)膜作为电解质。但是,Nafion膜和Pt催化剂高昂的价格从经济上限制了PEMFCs的广泛应用。与此相对应的,碱性聚合物电解质燃料电池(APEFCs)由于工作在较高的pH环境中从而具备了众多PEMFCs没有的优点,比如,阳极中较高的反应动力学可允许少量惰性金属和非昂贵金属以替代Pt作为催化剂。基于此,作为APEFCs中核心部件的阴离子交换膜的发展得到了全世界范围内的广泛关注。但是,目前用于APEFCs的阴离子交换膜的性质仍然无法达到应用于PEMFCs中的阳离子交换膜的水平。到目前为止,大部分的阴离子交换膜都是基于含有季铵(QA)阳离子的聚合物(聚合物-N+R3)。由于季铵盐在有机溶剂较弱的溶解性,季铵型阴离子交换膜一般通过对前期形成的聚合物薄膜进行后胺化处理后得到。由于季铵型阴离子交换膜自身存在耐碱性较差和离子电导较低的缺点,其在APEFCs中的应用受到了极大的限制。对于前者,主要是由于QA基团在碱性条件下受到氢氧根(OH-)进攻后发生的亲核取代反应和霍夫曼降解所致；而后者则是因为上述异相的后胺化反应导致膜中无法形成基于疏水-亲水相分离的离子簇。由于这些原因,必须寻找其他阳离子基团对季铵基团进行替代以提高阴离子交换膜的耐碱性和离子电导。另外,对大多数阴离子交换膜的制备方法而言,都必须使用到大量的有机溶剂。过量有机溶剂的使用不仅对人体健康有害,同时也提高了阴离子交换膜的生产成本。此外,有机溶剂的排放给环境带来大量的废弃物和污染物。因此,发展一种不需要使用任何有机溶剂的方法用以制备阴离子交换膜显得非常重要。基于以上考虑,作者首先利用聚苯醚(PPO)主链合成了三种(胍基型、苯并咪唑鎓盐型、双甲基咪唑鎓盐型)非季铵化阴离子交换膜,并通过控制膜中阴离子交换基团的数量以控制最终阴离子交换膜的离子交换含量(IEC)。同时,本文将重点研究上述阴离子交换膜在燃料电池应用中的主要性质。最终发现它们与文献报道的阴离子交换膜性质相当。另外,作者还基于单体本体自由基聚合开发出一条不使用有机溶剂的制膜方法。这种方法除了赋予所制备的阴离子交换膜以较优的性质外,在过程中不需要使用任何有机溶剂,具有显著的环境和经济效益。本文研究的主要结论如下：(1)基于溴化聚苯醚(BPPO)与1,2,2,3,3-五甲基取代胍的反应制备了一种胍基化阴离子交换膜(GPPO)。该胍基膜具有很高的离子电导(室温下高达71mS cm-1),且由于季胍基团中π电子共振结构的存在,胍基膜同样具备非常优异的热稳定性和耐碱性。(2)基于溴化聚苯醚(BPPO)合成了一种新型的用于碱性燃料电池的苯并咪唑鎓盐型阴离子交换膜(BIm-PPO)。该BIm-PPO阴膜表现出了极好的燃料电池相关性能,如较高的离子交换容量,合适的水含量和较高的离子电导等。另外,使用综合性能最优的BIm-PPO-0.54阴离子交换膜作为电解质的H2/O2单电池在350C时最大输出功率为13mW cm-2,证明了BIm-PPO阴离子交换膜在碱性燃料电池中的应用潜力。(3)基于溴化聚苯醚(BPPO)与1,2-二甲基咪唑(DIm)的反应合成了一种双甲基咪唑鎓盐型阴离子交换膜(DIm-PPO),并且评估了它在碱性燃料电池中的应用前景。所制得的DIm-PPO阴离子交换膜其离子电导在30℃时为10-40mS cm-1,在60℃时为18-75mS cm-1。同时,使用DIm-PPO-0.43和DIm-PPO-0.54阴离子交换膜作为电解质的H2/O2燃料电池的最大输出功率分别为30和56mWcm-2。(4)通过使用单体的本体自由基聚合开发了一种新型的无溶剂化阴离子交换膜制备路线并详细研究了阴离子交换膜制备过程中的多个影响因素。在此基础上,得到的优选阴离子交换膜表现出了较高的离子交换容量(1.43-1.76mmol g-1),合适的水含量(57.9～82.5%)和氢氧根离子电导(0.019～0.022S cm-1),优异的机械性能(拉伸强度超过50MPa)和较低的甲醇渗透率(2.82×10-7cm2)。这些结果优于或可比拟于文献报道的阴离子交换膜的性质,表明了这种方法在制备用于碱性燃料电池的阴离子交换膜的巨大潜力。(5)通过四乙烯五胺(TEPA)为交联剂制备了一种交联型无溶剂化的阴离子交换膜。除了改善膜主体中主要成分的相容性之外,TEPA也提高了阴离子交换膜的荷电密度、离子电导和耐碱性,同时有效抑制了膜的溶胀。使用最优阴离子交换膜作为电解质的H2/O2燃料电池在50℃时其最大输出功率为6mW cm-2.