由于全钒液流电池具有长的循环寿命，高的能量效率，低的维护费用，以及环境友好等诸多优点，被认为是最有前景的二次储能装置。由于全钒液流电池中采用硫酸作为支持电解质，碳材料，尤其是聚丙烯腈基碳纤维材料一直被认为是液流电池电极材料的首选。但是，由于碳材料本身较差的电化学活性限制了其在液流电池中的广泛应用。同时由于正极电解质溶液中Ⅴ（Ⅳ）与Ⅴ（Ⅴ）离子在硫酸溶液中存在形态的复杂性和不稳定性，以及离子存在形态与电化学的关联性等问题尚未认识清楚，所以研究电解液中Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）电极反应动力学也很有必要。本文针对全钒液流电池中电极材料及其反应动力学涉及的一些关键问题，用热改性及酸改性处理碳纸，并将之作为钒电池电极材料，通过多种物理以及电化学手段对改性碳纸及其电化学性能进行表征，得到了以下结果：　　 1.在空气气氛下对碳纸进行热处理，结果表明，适当温度下对碳纸的热处理，能改善碳纸上碳纤维的表面状态，增加其表面含氧活性官能团的含量。经过500℃处理后的碳纸表面的含氧官能团数量最多，其原因可归结于在碳纸燃点附近温度下碳纸的碳纤维上含氧官能团如-OH和-C=O生成速率最大。碳纸电极上这些含氧官能团特别是-OH的含量的提高，能降低电极反应极化电阻，从而大大改善对Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）和Ⅴ（Ⅱ）/Ⅴ（Ⅲ）电对的催化性能。　　 2.用循环伏安、极化曲线和交流阻抗方法研究热处理碳纸电极上Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）氧化还原动力学。循环伏安和极化曲线结果表明，随着热处理温度的升高，Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）氧化还原反应的速率常数及交换电流增大。建立了Ⅴ（Ⅳ）、Ⅴ（Ⅴ）氧化还原反应的交流阻抗等效电路模型，拟合结果表明，热处理增大了在碳纸电极表面的双电层电容，减小了Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）氧化还原反应的电荷转移电阻。用循环伏安和交流阻抗两种方法求得的Ⅴ（Ⅳ）离子的扩散系数基本相同，表明所构建的交流阻抗等效电路模型和与电极反应过程相符合。　　 3.通过在超声及一定温度下在特氟龙的密闭反应釜里用混酸（H2SO4/HNO3）来改性碳纸，并使之用作全钒液流电池的电极。结果表明，碳纸的碳纤维上-OH官能团的含量随着碳纤维在混酸中处理时间的增加而增加。但是，由于混酸对碳纤维材料的强氧化作用，当处理超过10 h后碳纸的表面被破坏严重，因此造成10 h后碳纸上-OH官能团的含量虽然最高但却没有对Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）和Ⅴ（Ⅱ）/Ⅴ（Ⅲ）电对展现出更好的电催化活性。用混酸处理8 h的碳纸组装成的全钒液流电池，在10 mA·cm-2的充放电电流下表现出了最好的充放电性能，其中电压效率能达到91.3％，平均能量效率能达到75.1％。　　 4.探讨了Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）电对在碳纸电极上的交流阻抗特性。结果表明，碳纸电极在Ⅴ（Ⅳ）硫酸溶液中开路电位下所测得的阻抗不是钒离子的阻抗，而是碳纸电极上-COH/-C=O电对的反应阻抗；在Ⅴ（Ⅳ）硫酸溶液中在0.7～1.2 V（vs.SCE）电位区间内进行极化所测得的阻抗为Ⅴ（Ⅳ）/Ⅴ（Ⅴ）电对的反应阻抗；极化电位对Ⅴ（Ⅳ）和Ⅴ（Ⅴ）电对在电解液中反应的阻抗参数有很大影响；通过控制Ⅴ（Ⅳ）和Ⅴ（Ⅴ）在电解液中的比例能构筑不同开路电位的钒电解液，可以代替在Ⅴ（Ⅳ）的硫酸溶液中通过施加一定的极化电位来获得体系阻抗；H2SO4和钒离子浓度，以及电解液温度对阻抗参数溶液电阻，反应电阻和电双层电容有很大影响，从电极过程动力学兼顾电池能量密度的角度，合适的总钒浓度范围为1.0到2.0 M，合适的H2SO4浓度范围为3到5 M，电解液的反应温度不应超过60℃。