作为一种环保型的储能装置，全钒液流电池已经成为液流电池中广泛应用于风力发电，电网调峰，UPS电源等领域。钒电池碳毡电极是发生氧化还原反应的场所，本身不参与反应，分布在质子交换膜的两侧进行电子和质子的交换。经过进一步的酸浸泡处理和热加温处理，可以获得碳化程度更高的石墨毡电极，大幅提高能量效率和电化学性能，是矾电堆电极材料的理想选择。

全钒液流电池对电极材料的要求

1) 较高的电导率。导电性能的好坏影响到液流电池的输出效率和整体运行功率。以碳毡电极为例，低电阻率、低厚度、高孔隙率和大接触面积，可以有效降低运行内阻，减少充放电时产生电化学极化现象。高比表面积可以让电极和电解液接触面积更大，提高单位电解液的反应量和利用效率。此外，整体电堆中的欧姆电阻还受到电解质和膜的阻力、双极板阻抗和各组件之间的接触电阻的影响。

2) 机械性能优秀。机械强度高是电池系统结构稳定的保证，通过优化孔隙率和网状结构，在不会出现内部坍塌系统崩溃的前提下，充分保证活性物质的传输和均匀分布。另一方面，在压装过程中也需要通过增大压力来降低接触电阻，为了避免变形断裂等现象要求材料具备很好的韧性和可压缩性。
3) 成本效益及环保。低廉的原材料和制备工艺成本是大规模商用的重要基础。而原料的开采和加工是否对环境造成影响，也是该电极材料能够持续开发应用的关键。

钒电池碳毡电极材料性能

目前常见钒电池电极材料包括金属和炭素两大类，详细内容可参考文章：钒电池的电极材料，而碳素电极又包括碳毡，碳纸等材料，碳毡电极的欧姆阻抗主要取决于材料本身的阻抗，孔隙，厚度以及接触面积等等。除此之外，双极板的电阻，电化学极化内阻，浓差极化内阻以及组件之间的接触电阻也会对整个电堆的导电效率产生很大影响。

以电极和双极板之间接触电阻为例，欧姆电阻会在电极压缩过程中不断降低，另一方面，压缩程度越高也会导致孔隙率越低，影响到电解质的传输并增大内阻，此外还会增加泵的消耗，降低系统效率。为了寻求平衡，在实际装配时会选择一个合适的压缩比以获得理想的整体效率。一般来说，具有流道结构的全矾电池碳毡或石墨毡电极相对较厚，欧姆内阻较高。为了提高VRFB的功率密度，可以选择较薄的电极来缩短离子和电子的传输距离并减少欧姆极化，尽管如此，电极的表面积以及透水性也会随之降低，导致电化学极化内阻和浓差极化内阻的升高。因此为了平衡三者影响，需要通过不断的测试电池性能来决定电极的厚度。实际应用中，为了减少薄电极对电化学极化的影响，还可以对碳毡材料进行改性处理来提高电化学可逆性以及催化活性。为了减少浓差极化的影响，通过优化多孔结构如孔形，孔径，孔分布来提高电极的渗透性。

碳毡/石墨毡电极的制造工艺

碳毡按照原料不同主要分为聚丙烯腈(PAN)基碳毡，人造丝碳毡和沥青碳毡三大类，其中价廉物美的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维市场应用很广。碳毡的的制备首先需要将碳纤维短切和铺网，经过针刺加工成型，其中针刺工艺是将带倒钩的针反复垂直刺入纤维网，使蓬松的纤维网被压缩。针刺退出时，刺入的纤维会脱离倒钩并留在纤维网中，纤维互相融合形成一定强度和均匀厚度的碳纤维毡体。下一步进行预氧化步骤，通过不同温度碳化获取碳毡或者石墨毡，一般碳毡的热处理温度在1000摄氏度以上，石墨毡的热处理温度在2000摄氏度以上。在制造过程中，前驱体原料和加工工艺对石墨化阶段的参数影响很大，有研究表明，基于粘胶基碳毡的电阻率高于基于聚丙烯腈基碳毡。不同厂家生产的碳毡在很多方面诸如碳表面羟基（-OH）分布，缺陷浓度以及季氮基团的含量存在差异，也会导致全钒液流电池碳毡呈现出显著不同的电化学活性。