全钒液流电池(VRFB)是一种新型的储能电池,极适合用于中大规模固定式储能系统。因其正负极电解液中活性物质都是钒离子,所以它不仅拥有普通液流电池容量功率灵活可变、循环寿命长和绿色安全无污染等优势,而且在充放电过程中能有效避免交叉污染造成效率寿命降低。VRFB的性能主要受制于三种关键材料:电解液、离子交换膜和电极。对于电解液我们应该改良体系增加其稳定性;对于离子交换膜我们应降低钒离子和水的穿透性;对于电极我们应该提高电导率和电化学催化活性。这些措施将极大提升VRFB的运行效率和循环寿命,有利于其运用在实际生产中。本文首先对VRFB常用的石墨毡电极进行改性研究。在石墨毡碳纤维表面沉积生长二氧化锰的微颗粒,为了增强这些颗粒与碳纤维的粘附性,又将二氧化锰修饰后的石墨毡在氩气氛围中高温褪火,又得到氧化锰修饰的石墨毡电极。对修饰后的电极进行SEM和XRD表征,以及接触角测试和电化学测试。研究表明经过锰的氧化物修饰后的石墨毡电极能在碳纤维表面生长一层不规则的产物颗粒,改变了材料表面形态结构,提高了石墨毡电极的润湿性。另一方面改性后的石墨毡电极对V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对反应催化能力有提高,降低了电极极化程度。电池充放电测试结果表明改性之后的石墨毡电极确实能够提高电池的电压效率和能量效率,同时长时间循环也能保持较好的稳定性。然后构建了一个简单二维全钒液流电池瞬态模型,利用Comsol软件仿真研究了VRFB中容量衰减现象的原因,即正负极电解液中的钒离子会穿透离子交换膜造成两边的钒离子总量不平衡。在此模型的基础之上,改变电解液流速,得出流速对容量衰减的影响。结果表明电解液流速改变,会导致电池电极极室中钒离子和氢离子的浓度分布不均,影响不同价态钒离子在离子交换膜中的穿透性,进而影响了电池的容量衰减情况。根据研究结果,应尽量提高电解液的流速,降低电池容量衰减速率,增加电池循环寿命。