全钒液流电池(all vanadium redox flow battery,VRFB,简称为钒电池)因其具有循环寿命长、能量效率高及环境友好等特点,被认为是一种适用于大规模的高效储能装置,受到人们的广泛关注。电极是全钒液流电池的关键部件之一,因此,对于电极材料的研究显得至关重要。碳纳米管(CNT)由于其独特的物理和化学性能已广泛应用于电化学领域,但碳纳米管用作全钒液流电池的研究到目前为止还较少。本文在全面综述国内外钒电池及其电极材料研究进展的基础上,采用SEM、BET、XRD、XPS等材料分析测试手段和循环伏安、电化学阻抗谱等电化学实验方法对碳纳米管用作全钒液流电池电极材料的电化学性能及其表面改性等进行了研究。本文第三章在借鉴燃料电池中气体扩散电极的制备技术及课题组在聚四氟乙烯(PTFE)粘接式碳基多孔电极方面的研究的基础上,制备了石墨-碳纳米管复合电极,系统考察了复合电极对VRFB正、负极反应的电化学性能及碳纳米管对VRFB电极反应的催化活性,并采用具有蛇形流场的燃料电池构建了零极距VRFB电池对PTFE粘接式碳纳米管电极的稳定性进行了测试。研究结果表明,石墨-碳纳米管复合电极对VO2+/VO2+和V2+/V3+电对的电化学活性随着MWCNT含量的增加而提高,碳纳米管电极对VRFB正、负极反应均表现出了最好的电化学活性,且反应过程均受扩散控制。在30 mA/cm2的恒电流充放电条件下,PTFE粘接式碳纳米管电极表现出了良好的稳定性和电化学性能,电流效率、电压效率和能量效率分别为96%、87%和84%。第四章采用BET、XRD和XPS等分析表征手段研究了 V(浓H2SO4):V(浓HN03)=4:1的混酸处理后的碳纳米管的结构和表面化学性质对钒电池电极的电化学性能影响。研究结果表明:混酸处理后的碳纳米管对VO2+/VO2+电对的电化学性能较处理前有很大改善,而对V2+/V3+电对的电化学性能并未得到改善。这可归结于处理后大量含氧官能团的增加,增强了电极的亲水性,从而加速了 VO2+/VO2+电对的电子转移过程和析氢反应的发生,析氢副反应抑制了 V2+/V3+电对的还原过程。以负载有混酸处理后碳纳米管的碳纸电极为正、负极的VRFB在20 mA/cm2、40mA/cm2、50 mA/cm2三种电流密度下的充放电均表现出很好的稳定性,并且其放电电压均较未处理碳纳米管电极的要高。在40 mA/cm2的电流密度下,碳纸负载混酸处理碳纳米管电极的电流效率、电压效率和能量效率分别为98%、71%和70%。第五章主要研究了电氧化碳纳米管电极及电极在不同电氧化时间下用于钒电池电极的电化学性能。研究结果表明:电氧化碳纳米管电极对VO2+/VO2+和V2+/V3+电对的电化学活性随着电氧化时间的增加均是先增强后减弱。说明电极表面引入适量含氧官能团有利于钒电池正负极反应的进行,而过多的含氧官能团占据了反应活性点,不利于反应的进行。以电氧化20min碳纳米管电极为正、负极的VRFB在10 mA/cm2、20 mA/cm2、30 mA/cm2、40 mA/cm2 四种电流密度下的充放电均表现出很好的稳定性。在40 mA/cm2电流密度下,电池的电流效率为98%,电压效率为81%,能量效率为80%。