全钒液流电池（all vanadium redox flow battery,VRFB）是一种新型的储能电池,具有设计灵活、效率高、循环寿命长、安全性高、环境友好等一系列优点。VRFB可作为配套电源,应用于电网调峰、可再生能源发电、军用蓄电等领域。近些年来VRFB技术发展较快,但VRFB要实现大规模商业化应用仍需克服若干技术障碍。目前,石墨毡材料由于导电性较好、稳定性高、具有三维网状结构等优点成为VRFB中应用最广泛的电极材料。然而,原始石墨毡（P-GF）作为电极材料,由于较差的电化学活性和较小的比表面积限制了电池的综合性能。本文通过对石墨毡进行表面刻蚀处理和负载铋颗粒等方法制备得到了高表面积、高电催化活性的石墨毡,为高性能VRFB的开发提供必要的实验基础。论文首先研究了在空气气氛中热处理时间和热处理温度对石墨毡表面形貌、亲水性以及电化学性能的影响。实验结果表明,在500℃的空气气氛中热处理3h所获得的石墨毡（O-GF）具有最好的综合性能。在此基础上进一步探讨了热处理气氛对石墨毡表面形貌和电化学性能的影响,对热处理的作用机制进行了初步研究。由于P-GF的比表面积较小,在空气气氛中热处理虽可提高石墨毡的亲水性,但对提高石墨毡电化学反应面积的作用有限。为此,论文第四章尝试通过在石墨毡表面引入锰氧化物作为刻蚀剂,采用浸渍-焙烧法制备出粗糙化的石墨毡（R-GF）,以获得更高的比表面积,为电极反应提供更多的反应场所。由表征结果可知,R-GF碳纤维表面具有粗糙多孔的结构,其比表面积比P-GF提高了近6倍。同时,在刻蚀过程中R-GF表面引入了大量的含氧官能团,不仅改善了电极的浸润性,还提供了大量的反应活性位点,使电极的电催化效率得到提高。分别以P-GF、O-GF和R-GF为电极材料组装成VRFB电池,在80 mA·cm^-2的电流密度下进行充放电测试,R-GF电池初始放电容量最高可达36.8 A·h·L^-1,是理论容量的91.5%;R-GF电池的能量效率达到79.5%,比P-GF电池的能量效率提高了6.5%,比O-GF电池的能量效率提高了1.9%。R-GF电池经过100周循环后具有良好的稳定性,其容量保持率能达到77.9%,远高于O-GF电池的容量保持率（69.4%）。以R-GF为电极材料是一种有效提高电池性能的方法,但由CV测试结果可知,电池负极反应在R-GF上的反应动力学仍较差。为此,论文第五章通过简单的溶剂热法制备出了铋颗粒负载石墨毡复合电极（Bi/GF）,并采用循环伏安、电化学阻抗等方法研究了复合电极在负极电解液中的电化学性能。实验结果表明,铋颗粒的引入不仅能抑制负极的析氢副反应,而且加快了V²⁺/V³⁺电对的氧化还原反应速率。分别以GF和Bi/GF为负极材料、R-GF为正极材料组装两个非对称性VRFB电池,在80 mA·cm^-2的电流密度下进行充放电测试,结果表明以Bi/GF为负极的电池比以GF为负极的电池具有更好的充放电性能,其充放电能量效率可达81.3%,比以GF为负极的电池提升了3.5%。