项目目标

       本项目将从电极基本过程和钒液流电池结构特点出发，形成碳纤维电极材料在宏观和微观两个尺度的功能性构建理论，从而制备出比表面积高达50 m²/g，电阻率低至80 mΩ•cm的梯度型碳纤维电极材料，并实现2kW钒液流电池的组装及测试，使其能量转化效率突破85%的限制，运行成本低于300 $/kWh。

项目背景

       大力发展可再生能源是全球能源可持续发展的重要战略，但可再生能源发电的非稳态特性需要配套高效的储能技术来保证供电的连续性和稳定性。全钒液流电池因其结构设计灵活、易于规模化、安全可靠、环境友好等突出优点有着广阔的应用前景和巨大的市场潜力。电极作为钒电池电化学反应的场所，是决定其性能与寿命的关键材料之一。然而其低的电化学表面积，高的电子电阻和传输阻力成为电池性能提高及成本降低的限制因素。

项目特色和创新点

     本项目从电极基本过程和钒电池结构特点出发，从宏观和微观两个角度对电极进行功能性构建：

1. 根据电极基本过程，从微观层面设计导电层和催化层，进而提高电极反应速度；
2. 针对钒电池极板侧集流、隔膜侧反应的特点，从宏观层面构建电极厚度方向上纤维密度的梯度分布；同时实现纳米短纤在电极厚度方向上的梯度分布，从而同时保证了电极的活性、活性及传输性能，解决了钒电池中电极过程、电子及离子传输的高效协同难题。

项目成果

       首先实现了碳纳米纤维在电极厚度方向上的纤维尺度和孔隙率的梯度分布，有效地改善了电解液的传质过程，相较传统电极放电容量提升了69%；其次开展了多级纳米纤维的制备与测试，实现了碳纤维电极在微观上的梯度分布，电阻率低至75 mΩ•cm，比表面积高达108.2 m²/g；进一步的，通过石墨化和热解沉积处理，同时实现了电极在微观和宏观上的梯度分布，成功解决了钒电池中电极过程、电子及离子传输的高效协同难题；最终，进行了2 kW钒电池电堆的组装，且在200 mA/cm^-2恒电流密度下放电，其能量转化效率高达85.3%，系统效率也高达75%，相应的储能成本则降低至294.5 $/kWh。

       此外，项目已发表学术论文7篇，申请专利5项，培养研究生3名。