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全钒氧化还原液流电池(all-vanadium redox flow battery,VRFB)具有绿色安全、能量转换效率高、循环寿命长、功率与容量相互独立等优点,将其与可再生能源配套使用,可用于大型蓄电、电网调峰以及军用蓄电等领域。近年来,VRFB技术发展迅速,有关VRFB的基础研究也取得了很大进展,但其产业化应用仍处于瓶颈期。其中,电极材料的稳定性、催化活性以及成本是决定VRFB产业化发展的一个关键因素。目前国内外针对VRFB电极的研究主要侧重于正极侧,针对提高负极材料的性能则较少涉及。在电池循环过程中,正负极共同影响了电池的性能,所以仅仅改善电池正极侧的反应动力学是远远不够的。因此,本文针对目前电池负极材料催化活性较低、容易发生析氢副反应的问题,研究了碳纳米管表面负载铅、铋物种复合催化剂在酸性溶液中的析氢行为以及在VRFB中电催化活性的变化。论文第三章采用浸渍焙烧法制备了氧化铅/碳纳米管复合材料(PbO/CNTs)。运用准稳态极化曲线(LSV)、循环伏安(CV)以及电化学阻抗谱(EIS)等方法研究了铅物种的引入后,PbO/CNTs在酸性溶液中析氢行为的变化及电催化VRFB负极反应活性的影响,并采用恒电流充放电法对铅碳复合材料作为负极催化剂时VRFB的充放电容量及稳定性进行了评价。实验结果发现,电流密度为1 A·cm-2时,引入PbO后CNTs析氢电位从-0.9628 V负移至-1.1490 V,有效地减缓了析氢反应的速度;同时,循环伏安峰电流的变化表明PbO/CNTs复合材料具有更好的电催化VRFB负极反应的活性。同等条件下,以PbO/CNTs为负极催化剂的VRFB充放电容量比以CNTs为负极催化剂时高100~200 mAh,并具有更好的容量稳定性。论文第四章采用相同的制备方法,以Bi/CNTs复合材料作为VRFB负极材料。电化学测试结果表明,与PbO/CNTs相比,虽然Bi/CNTs具有相近的析氢过电位,但对VRFB负极反应的电催化活性更佳;以Bi/CNTs为负极的VRFB初始充放电容量高于以CNTs为负极催化剂的VRFB约100 mAh,电池的比容量显著提高;经50周的充放电循环后,以Bi/CNTs为负极催化剂的VRFB容量几乎未出现衰减,电极具有较好的循环稳定性,表明Bi/CNTs是一种具有良好性能的VRFB负极催化剂。前两章的结果表明PbO与Bi修饰的CNTs对VRFB正极反应均表现出了良好的催化活性。根据催化剂的协同作用理论,本章研究了PbO与Bi同时修饰到CNTs表面,对VRFB负极反应催化性能进行了考察。电化学测试结果表明,与CNTs相比,PbO/Bi/CNTs的析氢过电位发生负移,PbO/Bi/CNTs电极的氧化还原峰电流增大,钒离子在PbO/Bi/CNTs电极表面电子转移速率加快;与PbO/CNTs与Bi/CNTs电极相比,Pb O/Bi/CNTs的析氢过电位虽略微正移,但由于二者在V3+还原过程中存在协同作用,电催化活性更高,所以析氢反应也得到了一定程度的抑制;同时,电池充放电循环测试结果表明,以PbO/Bi/CNTs为负极催化剂的VRFB充放电容量均高于其他三种电极,完成50次电池循环后,电池容量未发生衰减;同时,不同倍率充放电测试结果表明,虽然提高充放电电流密度,电池容量出现一定程度的衰减,但仍高于以CNTs作为负极的VRFB,以上结果表明PbO/Bi/CNTs可作为良好性能的VRFB负极催化剂。