锌电极具有成本低,来源广,无环境污染,平衡电位低,比能量高等优点,在碱性电池中被广泛应用。但锌基二次电池在充放电循环中容易出现锌枝晶成长,锌钝化和自放电严重等问题,会严重影响电池性能和循环寿命。目前一般通过改变负极基材和使用电解液添加剂的方法来解决上述问题,研究方法主要以实验为主,但实验过程中可能会受到环境、技术、实验条件等因素的限制,也无法从微观角度解释负极基材材料的差异性。本课题采用第一性原理和实验结合的方法,研究镀镍钢带等4种负极基材对锌镍单液流电池锌负极的影响,筛选出对锌镍单液流电池来说综合性能最好的负极基材。以上述筛选出的材料作为负极基材,通过循环伏安曲线、恒流充放电和SEM图像等分析手段研究复合添加剂（包括Sn,Ga和Pb）对电池性能的影响,意图选出合适的添加剂来提高电池的性能。本文具体研究内容及发现如下:首先,从工业化生产和电池工业应用方面考虑,选择铜带、镀镍钢带、不锈钢带、锰白铜带作为锌镍单液流电池负极基材。以镀镍钢带、不锈钢带、铜带和锰白铜带为模型,计算该模型的Zn吸附能,最佳吸附位置,表面能和电子功函数。结果表明,镀镍钢带、不锈钢带和铜带模型吸附Zn原子时的最佳吸附位置均是空位,并且是放热反应,能自发进行,而锰白铜带的最佳吸附位置在Mn原子上方并且不容易自发进行。Zn吸附在基材上的容易程度和吸附速率从大到小依次为镀镍钢带、不锈钢带、锰白铜带和铜带,并且镀镍钢带模型吸附Zn后最稳定,活性最差。铜带模型的电子功函数最大,其次为镀镍钢带模型和不锈钢带模型,锰白铜带模型最小。其次,通过循环伏安曲线、自放电和SEM图像等方法研究上述4种负极基材对锌镍单液流电池锌负极的影响,并与计算结果相对比。研究结果表明,相比较其他3种基材,镀镍钢带的交换电流密度I₀最大,说明其锌沉积溶解速率最大,符合上述吸附能计算结果,并且镀镍钢带的析氢反应和腐蚀反应也是最弱。不同电流密度下三电极充放电,镀镍钢带的库仑效率均为最高。镀镍钢带的反应电阻小于其他3种基材,与锌本身的阻抗更接近。镀镍钢带表面镀层的沉积形貌最为平整,晶粒间隙也是最小,符合上述表面能计算结果。镀镍钢带的抑制自放电效率仅次于铜带,符合上述电子功函数计算结果。综合考虑计算和实验结果,镀镍钢带比较适合作为锌镍单液流电池负极基材。最后,使用镀镍钢带作为负极基材,研究复合添加剂（包括Sn,Ga和Pb）对锌镍单液流电池锌负极的影响。结果表明,使用复合添加剂的电极阴极极化较强并且开始发生电沉积的电位最低,析氢反应和自腐蚀反应也弱。复合液添加剂能提高充电电压和放电电压,并且库仑效率更高。复合添加剂明显改善了电沉积过程中的镀层形貌,产生较小尺寸的晶粒。Sn和Ga复合添加剂在抑制自放电上效果更好,加入Pb对抑制自放电有一定程度的改善,但不明显。