全钒液流电池作为一种新型、环保、高效的储能装置,可以通过电化学反应中不同价态钒离子之间的相互转化实现循环充放电,具有安全性高、储能规模大、效率高、寿命长等特点,在大规模储能领域具有很好的应用前景,也是解决能源及环境问题的有效途径之一。但是,电池的能量密度低制约了其推广应用。本文采用酸热改性处理的石墨毡电极来提高电池的性能,并通过宏观模拟的方法对电池的组装、流场结构的优化及电极参数的选取进行了分析。本文在查阅大量国内外关于全钒液流电池文献的基础上,总结并归纳了液流电池的发展史,研究现状及应用前景,阐述了全钒液流电池的工作原理及关键材料的研究,介绍了全钒液流电池的电化学基础,组装了全钒液流电池单体电池,搭建了全钒液流电池测试平台,测试了酸热改性处理后石墨毡电极组装电池的相关性能,并用数值方法对其进行了宏观传质分析。具体研究内容如下:在试验方面:本文测试分析了石墨毡电极在不同酸、热处理条件下的全钒液流电池性能,研究分析了全钒液流电池的伏安特性、充放电特性、交流阻抗特性,并对比分析了不同处理方法下的石墨毡电极的循环伏安特性以及SEM表征,且计算了电池的效率。研究发现:处理后的石墨毡电极组装到全钒液流电池中,可以提高电池的性能,降低法拉第电阻阻值,使电化学反应变得容易,试验结果表明经过酸热混合处理的石墨毡电极性能最好。为全钒液流电池用石墨毡电极的性能优化提供了一定的参考。在模拟方面:本文采用Comsol软件电池模块,基于固体力学、热力学、动力学、传质学和电化学理论,耦合了弹性力学方程、Nernst-Planck方程、Butler-Volmer方程、Nernst方程等,建立了三维全钒液流电池等温稳态数值模型。首先通过对比模拟结果和试验结果,证明了模型的可行性和正确性。其次分别模拟了改变预紧力、流场结构和电极厚度条件下的石墨毡电极的应力、位移和孔隙率分布情况,分析了钒离子浓度分布、电解质电流密度分布、电解质电势和过电势的分布情况。研究结果表明:在不同的预紧力、不同流场结构及不同石墨毡电极厚度的条件下,石墨毡电极的孔隙率不再均一化,孔隙率的改变导致钒离子浓度分布的改变,电解质电势分布的改变,电池的有效电导率发生改变,进而也对电解质电流密度和过电势分布情况产生影响。全钒液流电池的最佳预紧力为1.8MPa、最佳流道与流脊比值为1、最佳电极厚度为3mm,为全钒液流电池在组装、流场结构及电极参数选择提供了重要的参考。