随着资源和环境形势的日趋严峻,能源形势及化学电源面临着新的机遇和挑战,急需发展清洁、高效的能源利用形式。尤其石油资源的逐渐枯竭,发展由化学电源驱动的电动汽车已成为现代社会的一个迫切要求。本论文提出了一种新的储能装置,即基于液相中以多孔电极内外表面附近的薄液层中电化学活性物质的电极反应为主要能量存储方式。薄液层超级电容器除了体系本身所具有的快速充放电的特点之外,在比功率、比能量、价格成本、寿命等方面均表现出不同于传统化学电源的优势,是很具发展潜力的电动车驱动电源。　　 本论文的研究工作主要集中在以下几个方面:　　 (1)薄液层反应区。本论文构建了多孔电极模型及薄液层快速反应区,探讨了薄液层超级电容器对多孔惰性电极的性能要求,分析了多孔碳电极的石墨化程度和电导率对电化学活性的影响,以及电极的孔径和孔结构对电化学反应过程中的倍率性能的影响。　　 (2)高选择性和高离子传导率的离子交换膜。离子交换膜是液相储能体系的重要组成部分,理想的隔膜应使液相储能体系具有较高的电流效率、电压效率、能量效率和长的循环寿命。在全钒液相储能体系中,采用QAPS阴离子交换膜或PES-PVP阴离子交换膜作为隔膜,面电阻率低于1.3Ω·cm2,具有很好的离子选择性,耐酸和抗氧化能力强,分别在80 C和50 C倍率的情况下充放电测试30000次和26000次,均能保持很好的充放电性能,适合作为全钒液相储能体系的隔膜。　　 (3)氧化还原电对。薄液层超级电容器利用液相电化学活性物质进行电能的储存和释放,那么选择合适的氧化还原偶对于超级电容器的性能具有关键的作用。通过对K4Fe(CN)6／K3Fe(CN)6体系、VOSO4／V2(SO4)3体系和FeCl2／VCl3体系的研究,发现电解液活性物质的浓度越高,相应的利用率越低；充放电时间越长,相应的利用率越高,充放电电位平台越接近。同时分析了全钒体系电解液的稳定性以及添加剂(硫酸钠、尿素、甘油)的影响。　　 (4)系统集成。将多孔电极材料、集流体、电解液活性物质和隔膜通过紧压的方式装配,组成原理型超级电容器单元,并通过多个单元的串联和并联组装成电容器组,测定其电化学性能。全钒体系单电池在80 C倍率下进行充放电测试,经过30000次循环,容量保持不变,充放电库仑效率接近100％。全钒体系5组单电池串联的电池组,在浓度为2.1 M时,42 C倍率充放电,比能量为13.76Wh·L-1,比功率为583.7 W·L-1；107 C倍率充放电,比能量为9.84Wh·L-1,比功率为1.05 kW·L-1。全钒体系4组单电池并联的电池组,在浓度为1.6 M,30 C倍率充放电,经过30000次循环,库伦效率保持在98％～99％,放电容量曲线平稳。