目前，锂离子电池被广泛地应用于移动电子设备、电动汽车以及混合动力汽车，因此，对高比容量以及长循环寿命的需求也愈加迫切.石墨类负极材料具有优异的循环性能，但理论比容量较低（372 mA·h·g^-1），难以满足日益增长的高能量密度需求.Si负极材料因具有较高的可逆比容量（3579 mA·h·g^-1）而引起广泛关注.但是，巨大的体积膨胀限制了Si负极的使用.纳米化可以有效的释放Si体积膨胀带来的应力变化，提高其电化学性能.然而，单独的纳米材料具有很高的比表面会引起诸多副反应，阻碍其实际应用.将纳米Si与石墨复合制备Si/石墨复合材料，可充分利用纳米Si和石墨的优点，有望成为新一代高能量密度和长循环寿命锂离子电池负极材料.截至目前，多种技术手段被应用于制备纳米Si/石墨的复合材料，其核心问题是保证纳米Si和石墨的均匀分散以及稳定的结合.根据石墨与纳米Si的复合过程可以将该类材料的制备方法分为：固相法、液相法、以及气相沉积法.本综述对现有文献报道的Si/石墨复合材料制备方法以及所面临的主要问题进行简要总结概括.

通过ZnO模板辅助的电沉积方法设计和合成了Pt管中管阵列.作为一种具有利用率高、活性物质传输快的三维结构的电催化剂，Pt管中管阵列显示了高电化学活性面积（64.9 m²/gPt）.与Pt纳米管和商业Pt/C催化剂相比，Pt管中管阵列明显提高了甲醇氧化电催化活性和稳定性.另外，Pt管中管阵列也显示了优越的抗CO毒化能力.这个研究展示了高性能Pt基直接甲醇燃料电池电催化的一个重要进展.

本文研究了以碳包覆磷酸钛钠[NaTi₂（PO₄）₃/C]为负极、活性炭（AC）为正极的超级电容器.以柠檬酸为碳源，采用液相法制备前驱物，利用高温固相反应制备得到NaTi₂（PO₄）₃/C纳米颗粒.正负极活性物质质量比值为2.2，组装NaTi₂（PO₄）₃/C//Na₂SO₄//AC钠离子基水系混合超级电容器.电化学性能测试表明，在电压范围0.15~1.4 V，电流密度为0.5 A·g^-1的条件下，该电容器的比功率为121.15 W·kg^-1，比能量为18.71 Wh·kg^-1.提升电流密度至10 A·g^-1，比功率可达2.42 kW·kg^-1，相应比能量为14.13 Wh·kg^-1.在1 A·g^-1的电流密度下，循环1000圈，该电容器的比容量仍保持在初始值的76%.该器件很有希望作为高功率的辅助能量储存设备实现应用.

相较于目前主流的锂离子电池，钠离子电池成本相对较低，因而有望在未来大规模储能系统中获得重要应用，然而其实用化进程仍受制于缺少合适的正负极材料，特别是性能优异且实用化的负极材料.钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理，但钠离子和锂离子在碳负极材料中的储存行为却有着很大的不同.总体而言，碳材料仍是目前最有望促进钠离子电池实用化的关键负极材料.本文系统总结并分析了目前已有碳材料中钠离子的储存机制，对负极材料的设计思路和研究进展进行了概述，着重阐述了商用化碳分子筛在钠离子电池中的实用化前景.最后，本文对钠离子电池中碳负极材料的未来发展方向进行了展望.

针对目前的锂离子电池负极材料存在比容量低、循环稳定性差等问题，本工作发展了简单、有效的方法合成氧化亚钴纳米粒子与石墨烯的复合材料（CoO/RGO）.采用氧化石墨（GO）和Co（NO₃）₂作为原料，先用水热路线制备了前驱体，再将其在氮气气氛下热处理，最终得到CoO/RGO复合材料.存在于石墨烯表面的CoO纳米粒子可以有效地阻止石墨烯片层的聚集，同时石墨烯片层的相互连接能够形成三维的空间网络，提高复合材料的导电性.将合成的CoO/RGO复合材料作为负极，以锂片作为正极，组装成纽扣电池.电化学测试表明，在电流密度为100 mA·g^-1的条件下，初始比容量放电比容量高达1312.6 mAh·g^-1，在10000 mA·g^-1的大电流密度下，经过300圈循环后，其比容量仍然可以达到557.4 mAh·g^-1.这表明CoO/RGO复合材料具有高的比容量、优异的倍率性能及循环稳定性，这归因于3D网状结构能够避免在锂离子的嵌入/脱出过程中材料的结构被严重破坏.

锂-空气二次电池因拥有超高的理论能量密度及巨大的应用潜力, 有望替代锂离子电池成为下一代高性能化学
电源. 高效、稳定电极的制备以及新型锂-空气电池器件的开发是提升电池电化学性能, 促进其应用的关键. 针对以上
问题, 本文对空气正极材料的开发与设计、锂负极的修饰保护以及锂-空气二次电池器件进行了简要介绍, 并对该领域
进行总结展望

Ti基体上，通过电沉积-置换的方法制备了具有蜂窝状结构的Pt-Ni-P/Ti催化电极.采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）对催化剂进行了表征.通过阳极线性伏安扫描法（LSV）、连续循环伏安法（CV）、预吸附单层CO溶出法研究了其甲醇氧化催化活性和抗CO中毒能力.SEM测试结果显示，非晶态Ni-P置换制备的Pt-Ni-P催化剂受“异地溶解-沉积”机理的影响而呈蜂窝状结构，而晶态Ni置换制备的Pt-Ni催化剂受“原位溶解-沉积”机理呈麦粒状.电化学测试结果表明，Pt-Ni-P/Ti电极在碱性介质中的甲醇氧化起始电位和CO氧化起始电位均比Pt-Ni/Ti电极更负，表明P掺杂可以增强Pt-Ni的甲醇氧化催化活性和抗CO中毒能力.

镁二次电池具有安全性高、价格低廉等优点，是一种具有潜在应用前景的高能量密度电池体系.目前，镁二次电池的研究重点之一是寻找合适的电极材料.最近，我们通过水热和热处理相结合的方法成功制备了具有三维导电网络结构的锡纳米颗粒/石墨烯纳米片复合电极材料.研究发现，在石墨烯的三维导电网络片层上，均匀分布了粒径小于100 nm的锡纳米颗粒.将锡纳米颗粒/石墨烯纳米片复合材料作为镁二次电池电极材料，当电流密度为15 mA·g^-1和300 mA·g^-1时，首次放电容量分别达到了545.4 mAh·g^-1和238.8 mAh·g^-1，经过150圈后，容量保持率达到了93%，库伦效率为99%，表现出了较高的电化学活性.研究还发现，镁离子嵌入复合材料中形成镁锡合金，当镁离子脱出后，再次形成锡纳米颗粒/石墨烯纳米片复合电极材料，镁离子的脱出和嵌入具有很高的可逆性.这对未来研究设计高性能镁离子电极材料具有十分重要的意义.

锂硫电池凭借其高的理论能量密度（2600 W·h·kg^-1）、丰富廉价的材料来源、且对环境友好等优势，而引起了人们的广泛关注.然而，锂硫电池活性物质导电性差、多硫化物易溶于有机电解液等问题所导致的硫正极倍率性能和循环稳定性差，仍然是困扰锂硫电池发展的挑战性难题.我们设计并以廉价易得的小分子化合物对苯二酚和甲醛为原料，通过缩聚反应、与氧化石墨烯原位复合、高温氮化制备了一类新型氮掺杂的碳纳米带固硫载体材料（NCNB-NG）.通过NCNB-NG复合纳米硫进一步得到的碳-硫复合正极材料（S@NCNB-NG）表现出更优异的倍率性能和循环稳定性，这主要得益于该碳质载体独特的微结构以及改善的导电性.

成本较为低廉的钠离子电池成为储能领域的新秀，备受关注.以Na₂CO₃，CuO，Fe₂O₃，MnO₂和TiO₂为原料，通过简单的固相反应法合成了一系列新型Cu基隧道结构化合物.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和电化学性能测试对所得样品的结构、形貌以及电化学性能进行了表征.XRD结果表明材料结构与Na_0.44MnO₂一样为隧道结构，空间群为pbam.室温下的电化学性能测试表明Mn替代的样品在1.5~4.1 V的范围内表现出了90 mAh/g的比容量，循环稳定，倍率性能较好，1C容量保持率仍为74%.XPS结果验证了Cu在充放电过程中参与了变价.原位XRD结果表明Na_0.66Cu_0.17Mn_0.33Ti_0.5O₂电极材料在1.5~4.1 V的范围内可以保持稳定的隧道型结构.本工作首次报道了Cu在隧道型结构材料中的变价行为，为进一步设计隧道结构的材料以及钠离子电池正极材料提供新思路.

随着电子设备和电动汽车对储能设备性能要求的不断提高，锂硫电池因其多电子转化化学赋予的高能量密度受到广泛关注.当前锂硫电池的实用化受到库伦效率低、正极容量快速衰减、负极循环性能差等问题的制约.针对锂硫电池上述瓶颈，设计多功能电解质系统有望大幅提升活性材料的利用效率及循环寿命.本文综述了近年来锂硫电池中多功能隔膜系统的研究进展，具体包括面向抑制副反应的选择性透过隔膜、面向正极的低界面电阻隔膜以及面向稳定负极界面的隔膜.并展望了锂硫电池多功能隔膜系统面临的科学挑战与未来发展的机遇.

采用高温固相法合成了含铌富锂材料xLi₃NbO₄·（1-x）LiMnO₂（0 < x < 1），研究了Li₃NbO₄含量对其结构和性能的影响.X射线衍射分析结果表明当x取值在0.25~0.67之间时可得到纯相固溶体材料，属立方晶系，为Fm-3m空间群.x=0.25和x=0.43的材料具有较好的电化学性能，首次放电容量可达216 mAh·g^-1，但是两者都表现出明显的电压衰退，x=0.43的材料由于含有更多的Li₃NbO₄组分，电压衰减的情况得到了抑制.x=0.43材料的非原位XPS和XAFS研究表明，其充电过程分为两个阶段，4.3 V以下的阶段发生的电化学过程是脱出Li⁺同时Mn³⁺被氧化到Mn⁴⁺，4.3 V以上的阶段则由O^2-的氧化来提供电荷补偿.通过对x=0.43的样品进行钴掺杂，考察了钴掺杂对0.43Li₃NbO₄·0.57LiMn_1-yCo_yO₂（y=0.25，0.5）结构和性能的影响.研究表明钴掺杂改善了材料电导，降低了电极传荷阻抗，从而提高了材料倍率性能，同时保持了较好的循环稳定性.

废弃电池中活性材料再利用是目前处理废弃的一次电池既节约又节能的方法.基于此，本工作详细地研究了废弃的Li-AgVO₃一次电池作为可充Li-O₂电池的再利用.结果显示放电后的Li-AgVO₃电池可以作为Li-O₂电池被再次激活.在Li-AgVO₃电池放电过程中，原位生长在钒氧化物电极上的银纳米颗粒可以进一步有效地催化Li-O₂电池中氧还原和氧析出反应（ORR/OER）.通过控制Li-AgVO₃一次电池的放电深度，可以得到具有不同尺寸和分布状态的Ag纳米颗粒的银/钒氧化物复合电极.将这些不同放电状态的复合电极作为Li-O₂电池的空气正极并测试了它们的电化学性能.电化学测试结果表明，放电到2.3 V的复合电极电化学性能最优，比容量高达9000 mAh·g_carbon^-1，充放电过电位最低，可稳定循环95周.其优异电化学性能归因于银纳米颗粒合适的尺寸和均匀的分布，明显提高了电极导电能力并为ORR/OER电催化反应提供了丰富的活性位点.

应用密度泛函理论，在DZP基组水平上研究了（5，5）型锗纳米管催化的氧还原反应（ORR）的性能以及可能的催化机理.计算结果表明，ORR在锗纳米管上可能经历O₂解离、OOH解离、H₂O₂解离三种可能机理.无论是对哪种机理，整个ORR均遵循四电子反应路径.评估ORR性能的重要中间产物O和OH的吸附能分别为-4.33 eV和-2.21 eV，这与它们在贵金属铂（Pt）上的吸附能非常接近.此外，在GeNT上，整个ORR过程中最后一步生成的H₂O分子的吸附能仅仅为-0.05 eV，比O₂分子的吸附能弱得多，意味着整个ORR催化循环在GeNT上可以顺利更替.因此，联合ORR的反应能量数据和中间产物的吸附数据，可以认为（5，5）型锗纳米管具有类Pt的催化性能.溶剂效应计算结果表明，一些反应中间产物的吸附结构，如O中间体会在很大程度上受到溶剂效应的影响.对所研究的锗纳米管来说，溶剂效应可以促进其催化的ORR进程.

钠离子电池作为一种新型的化学电源，因钠资源储量丰富、成本低廉等优势，在规模储能领域具有应用前景，近年来受到了人们的广泛关注.为了获得比能量高、循环寿命长和快速充放电能力强的先进钠离子电池，人们正致力于开发比容量高、循环性能好和倍率性能佳的储钠电极材料和离子电导率高、电化学窗口宽的功能电解液，并取得了重要进展.目前，有前景的正极材料主要有高容量的层状氧化物、高电位的氟磷酸盐和长寿命的磷酸盐；可用的负极材料主要包括循环稳定性强的钛基层状氧化物和碳材料、比容量大的金属/非金属单质和低成本的金属化合物；有效的功能电解液有酯类电解液和醚类电解液.本综述详细总结了上述几类电极材料和电解液的最新研究进展，重点介绍了它们的电化学性质、科学难题及解决策略.