全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Flow Battery,VRFB)以其规模大、寿命长、效率高、成本低及安全性好等优点,广泛应用于风能、太阳能蓄电储能及电网调峰和边远地区输电储能系统。以不同价态的钒离子硫酸溶液作为正负极电解液,离子交换膜在提供氢离子传递通道的同时能有效隔离阴、阳极电解液中的活性物质,并通过氧化还原电对实现电池深度充放电。本文基于研究钒电池电解液流动与传质行为:采用静止型全钒氧化还原液流电池,利用紫外分光光度法,研究电解液钒离子跨膜渗透行为,讨论浓度、温度、荷电状态(SOC)、电场以及渗透压等对VO2+离子跨膜传质的影响,关联相应的钒离子渗透系数。结果表明,提高钒电解液浓度可以有效减缓钒离子跨膜传递速率,提高能量效率;适当降低体系温度,可以抑制钒离子的跨膜渗透,减小电池化学短路的发生;VO2+离子渗透系数随SOC值增加而迅速减小;正向电场存在会促进VO2+离子透膜扩散,加剧电池自放电;隔膜两侧液面渗透压的作用会加速钒离子跨膜渗透,造成电池容量衰减;电解液搅拌与否对钒离子跨膜渗透的影响不大。考察全钒液流电池用Nafion117离子交换膜两个关键性能参数:渗透性和面电阻。测试不同电解液流速四价钒离子跨膜渗透行为;利用电化学测试手段,借助高精度电池检测系统,测试正负极不同浓度电解液钒电池的自放电曲线,研究全钒液流电池电池能量损耗,对提高电池能量效率,以及开发钒电池规模化应用方面具有重要价值;利用交流阻抗谱测定技术,建立一种离子交换膜导电性能评价方法。利用硫酸水溶液体系、硫酸镁水溶液体系、氯化钠水溶液体系以及钒电解液体系验证基于交流阻抗谱的膜电阻测定技术准确性、实用性。在此基础上揭示Nafion膜面电阻对电解质溶液依存特性。基于计算流体力学,数值模拟电解液流动状况,在传统平直流道基础上添加溢流堰及合适角度的倾斜挡板,以改善并联流道电解液分布不均的缺点;同时提出一种分段式多通道蛇形流道,能有效缩短流程,减小液体流阻,降低泵耗;讨论电解液流速和浓度的变化导致其属性(密度、黏度等)改变对流道流阻压降的影响。CFD数值模拟手段可以有效控制研发经费,缩短实验时间,提高科研效率,能深入电池内部探究反应机理,易于优化电池结构,减少副反应影响,提高电解质稳定性。