昨年9月に母が亡くなりました。

こんばんは。
気になさっているのですから、今からでもお贈りしたらいかがでしょうか。
大変遅くなりましたが…とお礼のお手紙を添えられたら丁寧だと思います。
お名前は、本来喪主であるお兄様かと思いますが、お兄様にお気持ちがないのであれば、質問者様との連名にしてもよいのでは…と思います。
お世話になったお礼、お気持ち、だと思いますので、今からでも先方はご気分を害されることはないのではないでしょうか。
思ったところを書かせていただきました。

＞先日それ以来に再会した兄に聞いてみると…

この文面から、あなたは分家独立した弟、または嫁いだ妹と想像します。

＞その場合はやはり喪主である兄の名前で行うべきでしょうか…

兄弟は子供のうちは家族ですが、お互いが結婚して独立したら「近い親戚」に成り下がります。
これをふまえ、葬儀や法事の主催者は親戚一同ではなく、あくまで喪主・喪家の責です。
親の葬儀とはいえ、あなたは香典をもらう立場ではなく、近い親戚として香典を持ってお参りに行く側なのです。

したがって、香典返しは当然に喪主の仕事です。
たしかに、いただいた額の半分程度はお返しするのが一般的な習慣ですが、これとて法律等で決められたことでは決してありません。
世の中には返しなど無用と考える人がいてもおかしくはありません。

＞葬儀は故人の遺志もあり、親族と母が親しくしていた…

故人の遺志を尊重したのと同じように、兄の意思も尊重すべきでしょう。