随着可再生能源的迅猛发展,与之配套的大型储能技术也受到了广泛关注。全钒氧化还原液流电池是最具产业化优势的大规模储能技术之一,具有易于扩展、循环寿命长、安全性高、响应速度快和容量大等优点,自问世以来一直是能源领域的研究热点。但钒电池储能成本偏高,使其规模化应用受限,通过提升电池性能来间接降低钒电池的储能成本是研究者们不懈追求的目标。电极是钒电池的关键材料之一,对钒电池性能有着至关重要的影响。钒电池正负极的氧化还原动力学具有不匹配性,使用相同电极材料会对电解液利用率及循环稳定性造成不利影响。通过对正负电极材料进行分别优化和设计,能够有效缩小这种不匹配性,提升钒电池性能。本论文构筑了一系列高性能的钒电池正负电极材料,并最终通过组装成不对称钒电池结构进一步提升钒电池性能。活性比表面积是影响电极反应活性的最关键指标之一。本文第二章利用静电纺丝技术和高温水刻蚀方法制备了一种高活性面积的多孔碳纳米纤维电极材料。由于较大的活性比表面积,使得负极反应活性显著提升,从而有效缩小了正负极反应动力学的差距。通过SEM、TEM、接触角测试、红外光谱、拉曼光谱、XPS等对材料的表面形貌、结构特征和亲液性能进行了考察;利用循环伏安、电化学阻抗以及恒流阶跃对电极材料的电化学性能进行了考察。最后组装单电池进行充放电性能测试,研究水刻蚀碳纳米纤维对电池性能的影响。电催化性能直接影响钒离子在电极表面的氧化还原动力学。本文第三章以离子液体+盐酸为新型刻蚀剂,结合简单、绿色的微波辅助方法构建了一种层状离子-电子耦合、且含有丰富活性官能团的二维Ti3C2TX的IL-MW-MXene材料,以其作为新型电催化材料负载于碳毡（CF）电极表面,可以有效提升负极钒离子电对的氧化还原反应速率。通过SEM、TEM接触角测试、XPS、XRD等对材料的组成、形貌、结构及亲液性进行了表征;利用循环伏安、电化学阻抗对电极材料的电化学性能进行了考察;最后以IL-MW-MXene/CF电极材料作为钒电池负极组装单电池进行了充放电测试,研究该新型复合电极材料对电池性能的影响。对钒电池正负电极进行分别设计,组装不对称电池结构,是进一步提升电池性能的有效途径。本论文第四章基于钒电池正负极的电化学反应特点,对正负电极材料进行分别设计,并利用静电纺丝技术,将具有优异催化活性的钨和锑基纳米粒子引入到碳纳米纤维表面,得到了用于正极的HPW-ECNFs复合电极材料以及用于负极的Sb-ECNFs复合电极材料,有效减小了钒电池正负极氧化还原动力学的差距。通过SEM、TEM、接触角测试、BET、XPS、IR和Raman对纤维结构及表面特征进行了考察与分析;利用CV、EIS对电极的电化学性能进行了研究;最后组装不对称单电池,即正/负极分别为:HPW-ECNFs/P-ECNFs、P-ECNFs/Sb-ECNFs以及HPW-ECNFs/Sb-ECNFs,进行了系统的电池充放电性能测试。结果表明,正负极分别为HPW-ECNFs和Sb-ECNFs的不对称电池显示出最高的电池效率。