全钒液流电池储能技术通过不同价态的金属钒离子相互转化达成电能的存储与释放，本质安全、设计灵活、成熟度高。该技术是双碳策略下国家用电器力系统长时储能范围最佳选择的电化学储能技术路线。“新一代100MW级全钒液流电池储能技术及应用示范”作为国家“十四五”重点研发计划支持项目，对高性能全钒液流电池储能系统运行提出了更高的性能需要。
全钒液流电池储能技术通过不同价态的金属钒离子相互转化达成电能的存储与释放，本质安全、设计灵活、成熟度高。该技术是双碳策略下国家用电器力系统长时储能范围最佳选择的电化学储能技术路线。“新一代100MW级全钒液流电池储能技术及应用示范”作为国家“十四五”重点研发计划支持项目，对高性能全钒液流电池储能系统运行提出了更高的性能需要。而电极系统作为钒离子电化学氧化还原反应发生的媒介，其传质特质与活化特质直接决定全钒液流电池的转换效率。因此，开发适用于工程化应用的电极结构优化方案与材料调控办法，是达成高性能全钒液流电池运行的基础与核心。
最近，某金属研究所材料腐蚀与防护中心腐蚀电化学课题组在高性能全钒液流电池储能技术研究范围获得一系列新进展。科研职员在深入理解电池极化特质的基础上，以电极系统传质特质和电化学活性为切入点 ，以工程化应用为导向，先后通过引入流场优化设计和电极改性调控，显著减少了电池浓差极化与活化极化，达成了全钒液流电池高性能长循环运行。
全钒液流电池正负极以不同价态钒离子为活性物质，以水系溶液为支持电解质，具备环境友好和容量可恢复等优势 ，但受电极内部活性物质传质特质和流阻的局限，现在高功率全钒液流电池电堆运行仍面临挑战。针对这一问题，研究职员运用有限元仿真与实验相结合的方法，通过在电极系统中引入结构化流场设计，拓展传质、传动量与电化学反应多物理场耦合用途下的电池内部模拟剖析，优化了高电流密度下电极内部的传质特质，协同减少了电池浓差极化与流动阻力，有效提高了高电流密度下单电池的转换效率，同时，对32kW电堆的动态模拟预测显示，电堆在200 mA cm-2高电流密度下恒流运行系统转换效率可提高约15%，为达成高功率电堆设计与开发提供了新办法与新渠道。
传质特质的优化在提高全钒液流电池高功率运行方面展示了显著成效，但全钒液流电池负极侧V2+/V3+迟缓的电化学动力学特质仍在一定量制约了全钒液流电池高功率运行下的转换效率。
针对这一问题，在课题组前期杂原子掺杂调控电极的研究基础上，科研职员提出了工程化易操作的基于固-固转化的电脱氧工艺办法。该办法在碱性条件下通过还原涂覆在电极纤维界面Bi2O3粉末，制备了具备高氧化还原可逆性的Bi负载电极，显著提高了负极V2+/V3+电化学动力学特质。理论计算进一步揭示了V-3d和Bi-6p轨道杂化用途对电荷转移过程的促进用途。以此为基础组装的全电池达成了350 mA cm-2电密下450个循环73.6%的稳定能量转换效率输出，400 mA cm-2高电密下运行转换效率有效提高近10%，为高功率电堆开发提供了技术支撑。
