全钒氧化还原液流电池(All-Vanadium Redox Flow Battery,简称VRFB或VRB)是一种新型的大规模储能电池,具有使用寿命长、能量效率高、绿色环保等优点,可以将风能、太阳能、水能等不稳定能源转化为稳定的化学能进行能源储存,具有广泛的应用空间。影响全钒液流电池性能的因素有很多,其中电极的特性对钒电池性能具有很大影响;水作为钒电池电解液最主要组成成分,其在电极中的分布规律对于钒电池的性能同样具有很大影响。本文通过大量文献阅读,总结介绍了全钒液流电池发展历史以及研究现状,概述了全钒液流电池的结构组成及其作用,重点阐述了全钒液流电池在电极上的反应原理、关键部件的研究进程等。本文介绍了全钒液流电池在研究过程中使用的电化学热力学和电极过程动力学等基础理论。搭建了全钒液流电池测试平台,它包括充电器、管路系统、电子负载、电解液储液罐、微流量泵、电池监测系统、计算机管理系统和软件系统。加工制造了全钒液流电池,包括流场板、石墨毡扩散层、质子交换膜、电流收集板和夹板等。对试验平台进行了调试试验,并获得了测试平台试验操作程序与注意事项。本文通过浓硫酸对石墨毡电极进行氧化处理以改善电极的电化学活性。凭借伏安特性、交流阻抗等电化学方法和扫描电子显微镜等物理手段对改性电极进行测试分析,以获得最优化的硫酸改性处理参数。实验结果表明:浓硫酸对电极进行改性处理可以提高钒电池的性能;钒电池的性能不随着浓硫酸改性时间的增加而持续增加;浓硫酸改性处理主要影响的是钒电池的正、负极法拉第阻抗。模拟基于介观动力学基础理论,借助Martini力场,在Materials Studio软件中构建水和电极的粗粒化模型,用介观动力学的方法研究温度、毛细管占总模型的质量分数、毛细管的长度对水在石墨毡电极中自扩散行为的影响。通过均方位移分析不同因素与水自扩散系数的关系,通过径向分布函数分析不同因素对水在模型中有序性的影响。模拟结果表明随着温度的升高,水在电极中的自扩散系数增大,有序性降低;随着毛细管长度增加,水在电极中的自扩散系数降低,有序性不变;毛细管占总模型的质量分数增加会增大水在石墨毡中的自扩散系数,降低水在电极中的有序性。通过将模拟结果与实际实验值进行比较,两者处于同一数量级,表明模拟结果可靠。