全钒液流电池是一种快速发展的新型储能装置。作为一种新型的储能装置,全钒液流电池因其不涉及固态反应、储能容量易改变、系统运行安全可靠、全生命周期内环境负荷小、自放电小等优点而备受关注。目前,全钒液流电池的发展主要受到电极、隔膜和电解质三大因素的制约。全钒液流电池的电极材料主要为石墨毡类。但是,石墨毡存在着亲水性差、电化学反应可逆性低和电化学活性低的缺点,不利于电极内传质过程的进行与电化学反应的发生。因此,需要对石墨毡电极进行改性处理,从而提高石墨毡的亲水性、电化学活性和电化学反应可逆性。此外,电极内的传质性能对电池的性能起到重要影响。电极良好的传质性能,能有效降低反应物和反应产物在电极内的传递阻力,从而降低浓差极化对全钒液流电池性能的影响。本文在阅读大量文献的基础上,根据电化学和热力学的基础理论与研究方法,通过试验研究电极的改性处理对电极以及电池整体性能的影响;通过模拟正负电极内的传质过程,分析影响电极内传质的多种因素。试验方面,本文采用多壁碳纳米管(MWCNTs)对石墨毡电极进行表面修饰。通过扫描电镜(SEM)和比表面积测试,观察修饰后电极的表面形貌和比表面积的变化;通过FTIR和X射线光电子能谱(XPS)测试,分析修饰后电极表面基团及表面元素结合状态的改变;通过电导率测试、吸附性测试,分析电极修饰前后的电阻率和钒离子吸附能力的变化;通过循环伏安测试,分析电极修饰前后氧化还原峰值电位分离及电化学可逆性的变化;通过电化学交流阻抗谱分析,比较电极修饰前后欧姆阻抗、电荷转移阻抗和Warburg阻抗的变化;最后使用自搭建的液流电池单体进行充放电测试,通过分析库伦效率、电压效率和能量效率,比较电极修饰前后对全钒液流电池整体性能的影响。结果表明经过多壁碳纳米管修饰后,石墨毡电极的电导性、电化学可逆性和电化学活性均有明显提高。使用修饰后的石墨毡作为电池的正负电极,能显著提高电池的效率,增大电池的容量。为降低因传质因素导致的浓差极化,利用Material Studio软件建立了全钒液流电池正负电极传质模型,采用粗粒化分子动力学的方法模拟分析电极内的传质过程。通过静态性能分析(径向分布函数)和动态性能分析(扩散系数),研究不同温度、电极孔隙率以及溶液浓度对正负电极内传质的影响。结果表明温度升高有利于传质扩散的发生。在负极钒溶液中,多孔电极的孔隙率在传质过程中占主导作用,增大孔隙率有利于扩散。而在正极钒溶液中,钒溶液的浓度在传质过程中占主导作用,降低溶液浓度有利于传质扩散的发生。