储能技术的创新突破将引发全球能源格局的深度变革。全钒氧化还原液流电池因其寿命长、响应快、功率与容量解耦、可深度充放电等优点,成为当前最具有应用前景的大规模储能技术。隔膜材料是液流电池的核心组件,目前广泛使用的商业化隔膜Nafion聚合物隔膜具有质子传导率高、化学稳定性强等优点,但其钒离子渗透率高、机械稳定性差、成本高等主要问题限制了其应用与发展。本论文基于多孔金属钛比表面积大、比强度高、耐蚀性好、成本低等特点,提出利用其超细小孔径的筛分作用和内部三维通道表面的超浸润涂层,构建基于多孔金属的隔膜材料;研究了超细小微通道表面二氧化钛（TiO2）纳米管阵列的生长特性,建立了多孔金属渗透阳极氧化模型;研究了超浸润微通道对离子的渗滤与阻隔特性,揭示了TiO2纳米管对离子选择性的作用机理;设计并探索了基于多孔金属隔膜材料的液流电池,研究了静态与动态电池的充放电特性,阐明了多孔金属隔膜材料对电池性能的影响机制。主要研究内容如下:首先,利用电化学阳极氧化法,研究了TiO2纳米管阵列在多孔钛超细三维微通道表面的生长特性,并调控微通道的浸润性和传质特性。通过优化电解液的黏度,在平均孔径0.5μm、5μm和10μm的多孔钛三维微通道内部,调控均匀的超亲水TiO2纳米管涂层（平均管长1μm,管径90 nm）;通过研究纳米管在三维微通道和一维直通道中的生长规律与几何特性,建立了多孔金属渗透阳极氧化的模型。引入关键参数K值,阐明了电场和浓度梯度对渗透阳极氧化的作用机制:当K＜0.4时,渗透阳极氧化需要较低黏度的电解液体系,才可实现微通道内部纳米管涂层的全覆盖;当K＞0.4时,则可采用较高黏度的电解液体系,以获得纳米管涂层充分覆盖的超浸润微通道表面。其次,研究了TiO2纳米管阵列修饰的超浸润微通道的离子渗透特性,揭示了多孔钛微通道的阴离子选择性机制;通过调控TiO2纳米管涂层的表面电位、吸附状态和电化学状态,阐明了离子选择性的作用机理。结果表明:多孔钛超浸润微通道对Cu2+的渗透率最低为2.26×10-5 cm~2 min-1,VO2+离子的渗透率最低为1.35×10-6cm~2 min-1,质子传导率最高为20.6 m S cm-1;多孔钛微通道中的离子运动主要取决于TiO2纳米管涂层对阳离子的吸附作用,导致微通道表面电位由负（-40 m V）转正（40-50 m V）,通道内阳离子向纳米管阵列处聚集浓度梯度变化,增加了阳离子的扩散和传输阻力。最后,设计并探索了基于TiO2纳米管阵列修饰的多孔钛微通道隔膜,并研究了静态液流电池充放电特性,获得较好的稳定性能:当电流密度为5 m A cm-2时,电池稳定循环55次,库伦效率（CE）约为70%,电压效率（VE）约为65%,能量效率（EE）约为43%,容量衰减优于Nafion膜。其性能提升主要由于多孔微通道隔膜提升了钒离子阻隔性能和质子传导率,减小了电池极化;同时,TiO2纳米管阵列对电解液中离子的吸附提高了电池的容量。在此基础上,进一步设计了基于多孔钛超浸润微通道隔膜的液流电池体系,并研究了电池充放电及循环特性。结果表明:微通道表面PTFE薄膜的引入可有效提高钒离子阻隔性能,并防止电池短路。基于三维微通道隔膜的液流电池,在60 m A cm-2的电流密度下循环可达到100次,平均库伦效率约为92%,电压效率约为82%,能量效率约为75%。PTFE处理的多孔钛超浸润微通道隔钒离子阻隔性能的提升,减小了电池极化,提升了电池的库伦效率;但多孔钛疏松多孔的特性,导致其吸水性能较强（＞6%）,需更新电解液保持电池的稳定性。本论文为多孔金属微通道表面改性提供了实验和理论基础,为基于多孔金属液流电池隔膜材料的开发提供了新的研究思路。