风能、光能和海洋能等可再生能源是化石能源最重要的替代能源之一,但这些可再生能源存在着固有的能量输出不稳定的问题。为解决可再生清洁能源的不稳定输出问题,必须发展能源存储系统。全钒氧化还原液流电池(VRFB)作为一种重要的化学储能系统,具有可靠性高、使用寿命长、系统设计灵活等特点。聚丙烯腈(PAN)基石墨毡是VRFB最为广泛使用的电极材料,但PAN基石墨毡较差的亲水性和较低的电催化活性阻碍了全钒氧化还原液流电池大规模发展。为改善PAN基石墨毡电极的性能,本文提出了两种电极改性方法以提高PAN基石墨毡电极的亲水性和电催化活性,从而提升电池的整体性能。具体内容如下:(1)多巴胺修饰PAN基石墨毡复合电极的性能研究:以多巴胺为氮源,利用多巴胺自聚合反应,通过自聚合和高温碳化的方法制备氮掺杂石墨毡复合电极。通过对制备的复合电极进行物理及电化学性能分析,研究结果表明:相对于未处理石墨毡电极,多巴胺修饰PAN基石墨毡复合电极性能得到明显提升。得益于含氮官能团的引入,电极表面的电化学反应可逆性显著增强,活性位点得以增多,从而使得电池能量效率相比于未处理石墨毡提升了 5.9%。在50次充放电循环后,装配多巴胺修饰PAN基石墨毡复合电极的电池能量效率仍保持在74%以上。利用多巴胺对电极进行改性的方法具有反应条件温和,环境相容性好等优点。基于多巴胺修饰PAN基石墨毡复合电极的性能研究为全钒液流电池电极的改性提供了一定的理论基础。(2)硫氮共掺杂羧基化多壁碳纳米管为复合催化剂的改性PAN基石墨毡电极性能研究:以硫脲为硫源和氮源,采用水热法制备出硫氮共掺杂羧基化多壁碳纳米管。将硫氮共掺杂羧基化多壁碳纳米管作为复合催化剂修饰于石墨毡电极,利用硫氮共掺杂和羧基化多壁碳纳米管的协同效应,从而显著提升石墨毡电极的性能。经多方面、多角度对改性前后的电极进行对比分析,改性石墨毡电极比表面积相比未处理石墨毡电极增多了2.3701m2/g,且具有更高的电催化活性,使得钒电对在其表面的电化学动力学进程明显加快,氧化还原反应速率得以提升,从而使得装配硫氮共掺杂羧基化多壁碳纳米管/石墨毡复合电极的电池能量效率提升了 6.62%。本文以硫氮共掺杂羧基化多壁碳纳米管作为催化剂修饰于石墨毡电极,从而有效地提升了石墨毡电极的性能,为全钒液流电池电极改性提供了新思路。