直接甲醇燃料电池(DMFCs)是近年来新开发的一类质子交换膜燃料电池(PEMFC)，具有广阔的应用前景。质子交换膜(PEM)是PEMFC的关键构件之一。PEMFC的输出功率、电池效率、成本及应用前景强烈地依赖于质子交换膜的性能。 目前大规模工业使用的质子交换膜是美国Du Pont公司的Nafion(R)膜。应用于DMFC，Nafion膜具有其它质子交换膜无可比拟的诸多优点，如力学强度高，化学稳定性好，电导率高等。但是Nafion膜甲醇渗透率较高，致使DMFC的能量效率大为降低，阴极催化剂中毒，这已成为DMFC的效率提高及大范围使用的一个主要障碍之一。此外，Nafion膜的质子电导率强烈地依赖于含水率，当含水率较低或温度较高时，屯导率明显下降。膜的工作温度超过100℃后膜的性能大幅度降低。因此电池的工作温度通常低于水的沸点，所以生成的水为液态，这容易使气体扩散电极被淹没。电池的水管理较复杂，液态水易造成电极水淹，水太少又引起膜干，两种现象都会导致电池性能衰减。 向聚合物中添加纳米级无机物可以堵住聚合物的微孔，降低DMFC中甲醇的渗透率。另外，添加亲水性的无机组分，可以增强膜的自增湿性，降低电渗透曳力从而保持膜的湿度，从而扩大质子交换膜燃料电池工作温度范围。而电池工作温度的提高将提高电极反应速度，克服催化剂中毒的难题，并可简化水管理。因此，对Nafion-无机物复合膜的电化学性能研究具有重要意义。 本文制备了粒径为2 nm左右的SiO2溶胶，并在此基础上合成了SiO2-PWA溶胶，分别取一定的量加入到Nafion膜液中，制备了纯膜，Nafion-SiO2以及Nafion-SiO2-PWA复合膜，利用SEM，XRD，NMR，FTIR，TGA及电导率等手段对膜进行了表征。结果显示：Nafion膜中SiO2以及SiO2-PWA的掺杂量可达到8wt％。与纯膜相比，复合膜的离子交换能力没有变化，吸水率有所增加且其吸水膨胀率减小,机械强度得到增强；能谱分析结果显示，SiO2均匀分布在复合膜中；Nafion-SiO2的FTIR结果表明，复合膜中存在Si-O-Si以及Si-OH基团；29Si核磁共振分析的结果说明，复合膜内主要存在-Si-OH基团，-Si-(OH)2基团较少或没有；电导率测定结果表明，加入SiO2后膜在低湿度下的电导率优于纯膜，当相对湿度较大时电导率差不多。加入SiO2-PWA后，膜在较高湿度下的电导率优于其它膜的电导率；通过甲醇扩散实验发现，选用不同浓度的甲醇溶液进行扩散时，Nafion(R)-115膜的扩散系数基本不变；SiO2，PWA以及SiO2-PWA的XRD结果表明，PWA在SiO2孔内达到了很好的分散，且复合物为无定型；在1 M甲醇溶液中进行扩散时，Nafion-SiO2(3 wt％)和Nafion-SiO2-PWA(4.5 wt％)，膜的甲醇扩散系数比纯膜显著降低，分别从2.29x10-6 cm2/s降至1.76x10-6 cm2/s和1.82x10-6 cm2/s，即甲醇扩散系数分别降低了23％和21％，但是无机物含量继续增加时，膜的甲醇扩散系数反而升高。