固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，SOFC）是一种绿色、高效的电化学能量转换装置。由于采用固态陶瓷作电解质材料，决定了其需要在600~1000 ℃的高温环境中进行工作。而高温环境会加速设备材料老化，造成电池性能衰减速度加快。而中低温SOFC技术可提高系统的启动速度，提高设备的耐用性，扩大设备选材范围。因此，发展中低温SOFC技术是实现其大规模商业化应用的必经之路。由于固体电解质中的电荷传输和氧交换反应都是热激活过程，因此，SOFC工作温度的降低会增大电解质的欧姆极化，并增大电极的极化损耗，进而影响电池的实际功率。近年来，针对中低温SOFC技术的研究，主要集中于优化电极、电解质材料的微观结构、化学组成等方面来进行改善。本文系统总结了近年来SOFC电极、电解质关键材料向中低温化发展的研究进展，并对未来SOFC关键材料的设计和发展方向进行了展望。

在“双碳”目标驱动能源结构转型的背景下，市场对高性能电化学储能系统的需求激增。锂离子储能器件凭借锂元素低原子量和低电极电势的优势，展现出显著高于其他体系的能量密度，已成为现代能源体系的核心支撑。然而，其能量密度与循环寿命仍难以满足日益增长的应用需求，其核心制约因素在于负极材料的活性锂不可逆损失。预锂化技术通过引入额外锂源实现活性锂的精准调控，可显著提高储能器件的首次库仑效率，解决高容量材料的应用瓶颈；通过补偿循环过程中的锂损耗，提升循环寿命；并可有效调控负极电位窗口，确保特殊器件稳定运行，提高单体能量密度。本文系统评述了近年来接触预锂化、电化学预锂化及化学预锂化三种典型负极预锂化技术的原理与特征。从操作方法、预锂化速度与精度、残留物控制、活性锂利用率等核心参数出发，对比分析了各类技术对储能器件首次库仑效率、循环寿命、倍率性能及能量密度的改善效果。结合工业兼容性、实施难度、成本效益与经济性平衡，深入评估了各类技术的产业化潜力与现存问题，并总结了已实现的工业应用案例。从工程化应用视角归纳了技术优缺点，针对当前局限性展望了负极预锂化技术的未来发展趋势与研究方向，旨在为商业化技术开发提供理论指导。

本研究旨在通过溶剂热法合成具有特殊原子链结构的VS₄，并优化其制备条件以提升镁离子电池的电化学性能。为此，设计了四因素三水平正交实验，系统研究了水热温度、时间、原料和溶剂比例对VS₄微观形貌和尺寸的影响。研究结果表明，S3样品在所有测试样品中表现出最优的电化学性能，其首次放电比容量达到369.1 mAh/g，显著高于其他样品，并且在经过110次充放电循环后，比容量仍能保持在80.1 mAh/g，显示出良好的循环稳定性。这些结果表明，不同制备条件可以显著影响材料的微观结构和尺寸，进而影响其作为镁离子电池正极材料的电化学性能。本研究为开发高性能镁离子电池正极材料提供了实验依据和理论指导。

以Mg-1.5In-0.2Ca-xZn合金为研究对象，通过重力铸造制备不同质量分数Zn（0.25%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）的铸态合金，研究了Zn质量分数对合金的微观组织、耐腐蚀性能及放电性能的影响规律。在筛选出最优Zn含量的合金基础上，研究375、400、425 ℃挤压温度对其性能的调控机制。结果表明：当Zn质量分数为0.5%时，铸态合金的第二相面积分数最低，放电活性最强，在10 mA·cm^-2电流密度下其能量密度达1948.14 Wh·kg^-1；该合金经400 ℃挤压处理，发生完全动态再结晶，晶粒细化至8.5 μm，形成均匀微观组织，在10 mA·cm^-2电流密度下，其能量密度提升至2193.37 Wh·kg^-1，阳极利用率达69.46%。

钙钛矿太阳电池中电子传输层性能是器件效率稳定上升的一个关键因素，也是柔性器件首要考虑的问题。本工作探究了一种SnO₂纳米颗粒合成路径，采用无水SnCl₄作为锡源，在不外加酸碱的情况下直接与去离子水发生水解反应，用于低温（40~90 ℃）合成氧化锡纳米晶体。SnO₂的晶粒尺寸直接影响作为电子传输层时的性能，较小的晶粒尺寸可以形成致密平整光滑的薄膜，有利于后续钙钛矿层的沉积，减少漏电流的产生。经优化的SnO₂具有优异的光学和电学特性，应用于钙钛矿太阳电池中，器件的光电转换效率达到20.4%（有效面积0.13 cm²）。电子传输层加速提取和输运载流子，其与钙钛矿形成良好的界面，使得太阳电池填充因子和短路电流方面都有显著提高。

开发具有高效析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）的低成本双功能电催化剂在能量转换和存储技术中至关重要。本工作采用球磨法和高温热解法将生物质衍生的多孔碳与ZIF-67复合作为优异双功能电催化剂。探究不同热解时间对催化剂性能的影响，发现热解时间为3 h形成Co-N-C催化剂产生了更多缺陷，比表面积高达1210.01 m²·g^-1，丰富的微孔和介孔结构为电解质的传输提供更多通道，在ORR性能测试中，其半波电位可达0.81 V，仅次于商用Pt/C催化剂的0.85 V；OER性能在电流密度为10 mA·cm^-2时电位是1.73 V，优于商用IrO₂催化剂的1.79 V。进一步的理论研究表明富含缺陷Co-N-C催化剂能够有效降低反应势垒，Co与N原子的协同作用促进了ORR反应进行。

热电化学电池是一种新型的低品位热富集系统。目前，热电化学电池的研究所采用的电极材料以铂为主，但是铂高昂的成本大大限制了热电化学电池的开发与应用。因此，开发价格低廉、性能优异的替代电极材料十分必要。碳基材料具有成本低、比表面积高、导电性良好等特点，被认为是一种良好的替代电极材料。基于此，本工作以常见的包菜叶为生物质碳源，采用高温碳化结合KOH活化的方法，成功制备了一系列高缺陷的生物碳，并用作热电化学电池的电极材料；并在优化的实验条件下（焙烧温度为700 ℃，KOH浓度为6 mol/L），获得了性能最佳的生物碳KC-6。将KC-6用于热电化学电池的电极材料时，在17.5 K的温差下，电池的短路电流为1.13 mA，优于相同条件下使用Pt电极所得短路电流（1.06 mA）。当电极面积增大为2 cm×2 cm时，在17.5 K的温差下，短路电流高达1.47 mA，说明该生物碳在热电化学电池中具有极大的应用前景。

镁空气电池以其理论能量密度高、安全性好、成本低和环境友好等突出优势，近年来受到广泛关注，但关于水系镁空气电池电解液的系统化综述仍相对匮乏。由于镁阳极在水系环境中易发生自腐蚀、放电产物堆积及严重块效应，导致阳极利用率低、工作电压偏低且波动明显，使电解液成为制约镁空气电池实际应用的关键因素。为此，本文系统梳理了水系镁空气电解液的基本特性与关键影响因素，重点从电解液体系选择、界面调控策略以及添加剂作用机制等方面展开综述。内容涵盖含氯与无氯近中性电解液的结构特点与适用性，无机、有机及复合添加剂的调控作用，以及阴离子在电解液/阳极界面中的协同影响。最后，对水系镁空气电解液的未来发展方向提出展望，包括界面调控机制的深化理解、电解液体系的绿色化设计以及基于机器学习的配方快速筛选等。本文旨在为高性能镁空气电池电解液的研究与应用提供参考。

目前商业化锂离子电池常用的有机液态电解质存在易燃、易泄露等安全隐患，而基于聚合物固态电解质的固态锂离子电池因具有高安全性和高能量密度而备受关注。本文阐述了聚合物固态电解质的基本结构和离子传导机制，重点介绍了聚合物链段迁移、表面扩散和离子跳跃三种模式。在制备方法方面，详细分析了非原位固化和原位聚合固化两种制备方法的原理、具体过程和优缺点，其中非原位固化方法工艺成熟，但存在界面接触性较差、厚度较大等问题，而原位固化法则能实现优异的界面接触，并能兼容现在的电池制备工艺。针对聚合物电解质室温离子电导率低、电化学稳定性较差等问题，本文总结了常见的几种改性策略，如采用聚合物分子结构设计、塑化剂添加、聚合物分子共混、纳米颗粒填充和多层结构设计等方法，以降低聚合物结晶度、构建快速离子通道、锚定阴离子并优化电解质与电极的界面。最后，指明聚合物固态电解质在规模化制备与固态电池应用方面的现状和发展趋势，为未来研究提供参考。

随着CO₂排放量的增加，大气中CO₂浓度不断升高，对环境的危害日益加剧。减少CO₂的排放，降低大气中CO₂浓度是当前研究热点。CO₂是一种温室气体，也是一种丰富廉价的碳资源，将CO₂绿色高效地转化为高附加值的碳，实现CO₂资源化利用，既可解决环境问题又能带来经济效益。CO₂具有良好的化学稳定性，要将CO₂分解需要大量能量，因此，利用CO₂制备高附加值的碳极具挑战。然而，含氧氯化物熔盐和熔融碳酸盐能够有效吸收CO₂形成碳酸根离子，通过电化学还原碳酸根离子可以获得碳产物。本文对熔盐捕集CO₂和电化学还原CO₂进行了分析和总结，阐述了熔盐电解质体系、电极材料和电解温度对电化学还原CO₂的影响，对熔盐体系电解CO₂制备碳纳米管、碳纳米球、石墨烯等高附加值碳进行了总结和展望。

超级电容器作为一种介于传统电容器与二次电池之间的新型储能装置，具有广阔的应用前景。本工作用Hummers法制备氧化石墨烯（GO），原位生长正十二面体结构的ZIF-8，再用CVD法成功制备纳米复合材料ZnSe@rGO。SEM照片显示，ZnSe@rGO纳米复合材料为正十二面体结构，ZnSe沿着一层纱似的rGO表面生长，且结晶性能良好。BET测试表明，ZnSe@rGO的比表面积为57.36 m²·g^-1，相比较ZIF-8@GO具有更大的比表面积。对样品进行电化学性能测试，结果表明，在3 mol·L^-1 KOH溶液中，ZnSe@rGO纳米复合材料在电流密度为1 A·g^-1下的比电容高达971.4 F·g^-1，说明该材料具有良好的赝电容行为，并且在2 A·g^-1的电流密度下，循环5000次后仍具有74.49%的电容保持率以及接近100%的库仑效率，具有良好的循环稳定性。组装成非对称电容器ZnSe@rGO∥AC，电流密度为1.0 A·g^-1时，比电容为112.5 F·g^-1；功率密度为2057.1 W·kg^-1时，能量密度为40.0 Wh·kg^-1，为非对称超级电容器提供了良好的候选材料。

氯霉素（CAP）作为一种抗生素，在水产养殖业中被广泛用作兽药。CAP的滥用会导致一系列环境和人类健康问题，因此建立一种快速高灵敏检测CAP的方法极为重要。电化学传感器由于具有操作简单、反应迅速、灵敏度高、易于小型化等优点而受到研究者的广泛关注，但其性能主要取决于传感材料。本工作以细菌为模板，在细菌表面原位合成了钴镍金属有机框架（CoNi-MOF），通过界面调控在900 ℃碳化后得到具有丰富活性位点和大比表面积的CoNi氮掺杂碳纳米球（CoNi/CN-900），且其表面分布均匀的Ni、Co为CAP提供了更多的催化活性位点。基于CoNi/CN-900构建的CAP电化学传感器在20 nmol/L~4 μmol/L和4~38 μmol/L范围内显示出良好的线性响应，检出限低至6.6 nmol/L，灵敏度高达8.75 μA·μmol·L^-1·cm^-2。相比于已报道的同类型传感器，该传感器具有较高的灵敏度和较低的检出限。此外，该传感器的选择性好、稳定性高，室温保存35天仍能保持初始电流的99.1%以上。

为研究1070A和6063铝合金在模拟海洋大气环境中的腐蚀行为及差异，通过室内循环盐雾实验模拟1070A和6063铝合金在海洋大气环境中的腐蚀过程。利用超景深显微镜、X射线衍射仪分别观察分析了1070A与6063铝合金的腐蚀形貌、点蚀缺陷参数及腐蚀产物的演变，通过腐蚀动力学手段分析了2种铝合金的腐蚀失重变化，并采用电化学阻抗与极化曲线分析了2种铝合金腐蚀行为的差异。实验结果表明，1070A与6063铝合金在模拟海洋大气环境中的主要腐蚀形式为点蚀，随着腐蚀时间的延长，平均点蚀坑深、最大点蚀坑深与点蚀密度逐渐增大。1070A与6063铝合金在腐蚀实验初期具有相似的腐蚀行为，然而6063铝合金在腐蚀后期点蚀坑深与点蚀密度值成倍增大，这是由于1070A试样表面生成了更加稳定、耐蚀性较好的腐蚀产物层，腐蚀进展缓慢，而6063铝合金表面腐蚀层在腐蚀后期再次开裂，导致6063铝合金的腐蚀程度严重加剧。1070A与6063铝合金的腐蚀失重与腐蚀时间均呈幂指数关系。结合电化学阻抗谱与极化曲线的分析，证实了6063铝合金在模拟海洋大气环境中更易发生腐蚀，相比1070A铝具有更高的腐蚀程度。

以用酚醛树脂作为基体碳制备碳纸，使用不同的热处理温度（1400 ~2700 ℃）制备了不同结构的基体碳，并研究了基体碳含量和结构对质子交换膜燃料电池用碳纸的影响。结果表明：碳纸中的基体碳相较于碳纤维更容易发生石墨化转变；随着基体碳含量的增加，碳纸d ₀₀₂衍射峰更尖锐，热处理温度从2100 ℃增加至2400 ℃时，碳纸的石墨化度增加了45.2%，增幅最大。不同基体碳含量的碳纸随着热处理温度的升高其性能的变化并不完全相同。当基体碳含量为60%（质量分数，下同）和120%时，碳纸的厚度随着石墨化温度的升高逐渐下降，碳纸拉伸强度变化较小；当基体碳含量为200%和350%时，碳纸的厚度随石墨化温度的升高先略微降低然后升高，碳纸的拉伸强度随热处理温度的升高下降较快。碳纸面电阻率随着热处理温度的升高呈下降趋势，其变化趋势与厚度变化趋势基本一致。因此，在制备不同性能的碳纸时，需要考虑基体碳含量和结构的协同作用。

本工作以香菇茎秆作为生物模板，双氰胺作为氮化碳前驱体，采用热聚合法制备出g-C₃N₄/C。以五水硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）、四水合钼酸铵（（NH₄）₆Mo₇O₂₄·4H₂O）和硫脲（CH₄N₂S）分别作为Cu源、Mo源和S源，通过一步水热法制备出CuS/MoS₂不同质量比的两相复合材料。通过水热法将CuS/MoS₂负载于g-C₃N₄/C表面，成功制备CuS/MoS₂-g-C₃N₄/C多相复合电极材料，对复合电极材料的相结构、微观形貌、孔结构及电容性能进行表征。结果表明：CuS/MoS₂-g-C₃N₄/C复合电极材料纯度高，结晶度良好，多相界面匹配良好且表现为多孔结构。电化学性能测试中，当MoS₂和CuS的质量比为1∶2时，CuS/MoS₂复合材料具有最佳的电化学性能，在1 A·g^-1的电流密度下，比电容为230 F·g^-1。当CuS/MoS₂与g-C₃N₄/C的质量比为1∶1时，CuS/MoS₂-g-C₃N₄/C复合材料具有最佳的电化学性能，比电容达434.7 F·g^-1，且经1000次循环后比电容保持率为89.2%。

为了研究高能球磨时间对β-MnO₂试样的微观结构以及电化学行为的影响，采用XRD、SEM、激光粒度分析仪、TEM测试并分析试样的晶体结构、颗粒形貌、颗粒尺寸分布和原子排列；采用电池测试仪和电化学工作站测试试样电池的电化学性能、电化学阻抗谱和CV曲线。结果表明，与球磨前试样相比，球磨后试样的相结构空间群改变，晶粒尺寸和颗粒尺寸均降低，并形成晶态与非晶态共存的微观结构。随着球磨时间增加，试样颗粒形态向细小分散→颗粒团聚与分散→颗粒团聚与板块转变，同时晶格畸变逐渐严重。球磨后试样电池达到最大放电容量的循环次数减少，放电效率均较好，但最大放电容量与球磨时间致使的晶粒尺寸、颗粒形态、晶格畸变有关。在不同球磨时间下，4.0 h球磨试样电池的最大放电容量相对较高，经100次充放电循环后，5.5 h球磨试样电池的容量保持率相对较好。根据动力学研究发现，与其他电池相比，4.0 h球磨试样电池的电荷转移阻抗、Warburg扩散阻抗相对较小，循环伏安法的峰面积相对较大，这进一步说明了该试样电池具有相对较高的电化学容量和相对较小的充放电电位差。因此，在本研究范围内，从容量与容量保持率出发，β-MnO₂试样适宜球磨时间为4.0 h。

电化学机械抛光（electrochemical mechanical polishing，ECMP）技术是一项可以快速提高碳化硅（SiC）平坦化效率的新技术。基于其面临的抛光液配制复杂，无法同时兼顾材料高效去除及高表面质量等问题，研制了1种成分简单且环保的新型SiC-ECMP抛光液，以氧化石墨烯（GO）为固体润滑剂，以金刚石悬浮液为基础。使用新型抛光液对SiC抛光，在获得表面粗糙度R _a为0.324 nm的光滑表面的同时保持材料去除率为2.38 μm/h。采用宏观沉降实验、Zeta电势、粒径分析实验和TEM分析GO对抛光液稳定性的改善，利用接触角实验和摩擦磨损实验揭示其润滑作用机制。结果表明：抛光液中添加GO抑制了磨料的沉淀，抛光液粒径变小且分布更加均匀，浆液稳定性得到提高；GO润滑减小了抛光液与SiC表面的接触角，降低表面摩擦，达到了减磨润滑的效果。

随着新能源汽车的快速发展和大规模储能的应用，锂离子电池面临资源短缺及价格波动等市场风险。相比之下，钠离子电池因其资源丰富等优势而迎来了全新的发展机遇，有望在大规模电化学储能和低速电动汽车领域与锂离子电池形成互补。然而，尽管钠离子电池研究热度呈爆发式增长，商业化步伐在国内外已经起步，具备了一定的市场和技术条件，但与成熟的锂离子电池体系相比，依旧存在诸多挑战。本文主要从商业化角度出发，简要概述了钠离子电池的发展历史与产业现状。基于现有的储钠电极材料体系，重点分析了当前钠离子电池关键的正/负极材料、成本及应用前景。最后，对未来的发展机遇与挑战进行了展望，旨在为钠离子电池产业的进一步发展提供参考。

锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命等优势在二次电池市场占据绝对领先地位。然而，电池热失控频繁引起火灾事故，因此电池安全研究具有重要性和紧迫性。隔膜作为锂离子电池的关键组件之一，对电池的安全运行起到至关重要的作用。开发具有高力学强度、低热收缩率和良好自熄性等优异性能的耐高温隔膜能够显著提升电池在高温环境下的安全性。本文系统性地综述了锂离子电池用耐高温隔膜的研究新进展，包括对商用聚烯烃隔膜的改性研究以及对三种常见耐高温隔膜材料（聚丙烯腈、聚偏氟乙烯和芳纶纤维）的结构与性能研究，并对隔膜的特性参数如厚度、孔隙率、离子电导率、热收缩率等进行了归纳总结。最后，对耐高温隔膜研究领域未来的发展方向与机遇进行了展望。

锂基电池（lithium-based batteries， LBBs）被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车领域，是当前和未来储能技术中的关键组成部分。锂硫电池（lithium sulfur batteries，LSBs）因其高能量密度（2600 Wh·kg^-1），被认为是下一代高能量密度电池的理想选择。聚合物材料因其独特的长链结构和高黏附力，在LSBs黏结剂的应用中展现出卓越的性能优势。本文综述了聚合物材料在提高锂基电池安全性和稳定性方面的最新研究进展与应用前景，重点讨论了聚合物材料在LBBs隔膜修饰材料、固态电解质、黏结剂及阻燃剂中的应用情况，介绍了聚合物人工固态电解质界面膜及固态电解质对枝晶生长的抑制能力及机理，指出了聚合物的阻燃性能及其作为固态电解质的作用机理。最后，基于聚合物优异的可塑性和化学可控性，对其通过分子设计实现高离子电导率与界面稳定性实现其在LBBs储能方面的潜力进行了展望。

近年来，随着“碳达峰”和“碳中和”目标的提出，新能源电动汽车蓬勃发展，锂离子电池（LIBs）的需求量迅速攀升。然而，大规模LIBs的普及不可避免地导致退役电池数量的急剧增加，对废旧电池的高效回收和再利用成为亟待解决的重要课题。LIBs可分为三元锂离子电池、磷酸铁锂锂离子电池、钴酸锂锂离子电池和锰酸锂锂离子电池4大类，其中磷酸铁锂锂离子电池因其广泛应用而展现出较高的回收潜力。目前，废旧磷酸铁锂锂离子电池的回收工作主要集中在正极材料中有价元素的提取、材料高值化应用以及负极材料的回收与功能化开发。本文全面梳理了近年来磷酸铁锂锂离子电池材料回收利用的研究进展，重点介绍了火法冶金与湿法冶金的回收工艺，正极材料的再生及其在催化领域的创新应用，以及废旧负极石墨的再加工和石墨基功能材料的制备等技术方向。最后，结合当前技术水平，对磷酸铁锂锂离子电池材料回收利用进行了总结，并指出未来磷酸铁锂锂离子电池材料回收利用的发展方向需彰显优化分类和回收策略、创新回收技术、全面回收利用、深入研究回收机制和优化电极材料设计等，同时也提出未来回收技术的挑战在于电池组成复杂、电池形状不规则、电解液处理和回收率偏低等问题。

锂氟化碳电池因其高能量密度、卓越的安全性能及低自放电率等优势，在植入式医疗设备、军事领域、传感器、无线设备以及航空航天领域得到广泛应用，尤其在延长无导线起搏器使用寿命方面，锂氟化碳电池的性能表现至关重要。本文综述了提升锂氟化碳电池容量与电压的策略，重点讨论了以下3个方面：（1）高比容和高电压氟化碳的研发，涉及碳源结构的优化、氟化前后处理以及氟化方法的控制；（2）高性能电解液的开发，包括采用低浓度锂盐与高供体数溶剂，以及可参与反应的锂盐和溶剂；（3）电池工艺的优化，特别是厚电极和注液工艺。综合分析指出，通过精细调控碳源结构、优化氟碳键比例、改进电解液配方以及创新工艺技术有望研制出更高容量和电压的锂氟化碳电池，从而有效增强无导线起搏器的使用寿命。

近年来钠离子电池已成为全世界的研究热点，并逐步走向产业化。然而它们在性能上仍存在不足，包括相变、结构退化和电压平台等问题。因此，研究开发性能更加优异的正极材料对钠离子电池的容量和能量密度起着至关重要的作用。本文详细介绍了主要的3类钠离子电池正极材料：过渡金属氧化物、聚阴离子以及普鲁士蓝，分别阐明了各类材料在不同领域的优势，以及目前仍存在的一些局限性，同时列举了一系列目前已经证实可以用来解决钠离子电池容量低、能量密度低等缺点的改进方法和手段。此外又通过调研各公司对钠离子电池正极材料的投资和布局，分析了目前3种体系的产业化路线和发展现状并对目前的总体研究进展和未来发展方向做出了总结和讨论。未来钠离子电池随着基础研发的逐渐完善，工业化程度逐步加深，有望逐步走进日常生活中。

磷酸铁钠（NaFePO₄，NFP）正极材料具有稳定的三维结构和较高的理论比容量（154 mAh·g^-1）等优势，被认为是有潜力的钠离子电池关键材料之一。NFP分为橄榄石型和磷铁钠矿型两种晶体结构，橄榄石型NFP正极材料具有较高的放电比容量和良好的循环性能，但由于结构上的热力学不稳定，较难通过常规方法合成；磷铁钠矿型NFP虽然具有稳定的晶体结构，却因缺乏良好的钠离子扩散通道，呈现出明显的电化学惰性特征。本文基于对NFP正极材料两种晶体结构特征的分析和总结，综述了NFP材料合成方法（固相法、水热法、置换法和静电纺丝法等）和改性措施（晶体结构调控和材料表面改性等）的研究进展，指出了不同合成方法的优缺点；最后，针对目前面临的挑战和潜在的解决方案进行总结和展望，以期推动NFP材料在钠离子电池中的实用化进程。

水系锌离子电池（aqueous zinc-ion batteries，AZIBs）由于其高安全性、高理论比容量、低成本、制作简单等特点已经成为一种极具竞争力和发展前景的新型储能技术。近年来，钒基氧化物材料因其理论容量高、价态多样、电化学活性高等优点，已经被广泛用作AZIBs的正极材料。然而，电子导电性低、结构不稳定、动力学缓慢和储能机理复杂等问题，阻碍其在AZIBs中的进一步发展和应用。随着电极材料的不断优化和电极反应机理的深入探索，研究者发现，利用缺陷工程策略可以有效缓解上述问题，提升钒基氧化物正极材料的电化学性能。本文综述了钒基氧化物的储锌机理，探讨缺陷工程策略应用于水系锌离子电池钒基氧化物正极材料的研究进展，对该策略提升其储锌性能的原因进行讨论和总结，并对缺陷工程未来的研究方向进行展望，旨在促进高性能锌离子电池的发展和实际应用。

分别以4-氟苯磺酰氯和4-氰基苯磺酰氯为原料，通过磺酰化和离子交换分别合成氟代和氰基取代的磺酰亚胺锂（LiFBTFSI和LiCBTFSI），进一步通过溶液浇铸法制备两种PEO基聚合物电解质（PEO₂₀-LiFBTFSI和PEO₂₀-LiCBTFSI），并对其微观形貌、热稳定性及电化学性能进行表征。结果表明：在60 ℃、EO/Li⁺=20时，两种固态电解质的离子电导率均达到10^-4 S/cm，电化学稳定窗口均大于5 V，与磷酸铁锂组装的电池均具有较高的首次放电比容量（0.1 C，≈150 mAh·g^-1）。相比于氟代PEO₂₀-LiFBTFSI固态电解质，含氰基的PEO₂₀-LiCBTFSI固态电解质具有更优异的电化学稳定性和界面相容性，循环50次后，电池的放电比容量为137.4 mAh·g^-1，容量保持率为93.0%。此外，含氰基的PEO₂₀-LiCBTFSI固态电解质与锂金属具有良好的电化学稳定性，组装的锂对称电池在电流密度0.1 mA/cm²下稳定运行500 h而不发生短路。

通过隔膜修饰层改性隔膜是一种比较常用的抑制锂枝晶生长，提高电池安全性的手段。本文以金属锂为负极，LiFePO₄为正极，石墨烯涂层改性聚丙烯为隔膜，组装成锂电池，通过循环测试、倍率性能测试、电化学阻抗测试以及循环前后锂负极的形貌表征，探究隔膜上石墨烯涂层分别面向电池正极和面向电池负极对电池性能的影响。循环性能测试结果表明，石墨烯涂层面向负极侧的电池在0.2 C的倍率下，首次放电比容量可以达到168 mAh/g，循环500次后，放电比容量仍然可以达到154 mAh/g，容量保持率达到91.67%。电化学阻抗分析发现，石墨烯涂层面向负极侧的电池具有更低的界面电阻和更好的反应动力学，且循环后的锂负极表面均匀平整，未见明显的锂聚集。石墨烯涂层面向负极的锂电池具有更好的循环性能和更高的安全性。

分别以硝酸铈铵（Ce（NH₄）₂（NO₃）₆）和四氯化锆（ZrCl₄）为金属盐，1，4-对苯二甲酸为有机配体（H₂BDC），合成Ce-UiO-66和Zr-UiO-66两种金属有机框架（MOFs）。通过粉末X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等技术表征MOFs的晶体结构和形貌。采用真空抽滤法将Ce-UiO-66和Zr-UiO-66负载于Celgard PP商用隔膜一侧，制备MOFs修饰的功能性隔膜，组装并测试锂硫电池的电化学性能。结果表明：Ce-UiO-66改性隔膜电池具有最优的电化学性能，在0.2 C倍率下，首圈放电容量为1047 mAh·g^-1，经200周次循环后，容量保持率为77.5%，库仑效率接近100%。在不同倍率循环下，Ce-UiO-66改性隔膜电池在0.1、0.2、0.5、1、2 C倍率下的放电容量分别达到1281、945、768.1、673.2、604.7 mAh·g^-1，当返回至0.1 C时，容量恢复至951.6 mAh·g^-1，容量保持率为74.3%。上述表明Ce-UiO-66中的氧化还原活性Ce₆-oxo团簇可有效催化多硫化锂的转化反应，改善氧化还原动力学性能；此外，Ce-UiO-66还存在较多缺陷和不饱和配位点，能够有效锚定多硫化锂（LiPSs），减缓多硫化物穿梭效应，进一步提升电池的电化学性能。

面向全钒液流电池（VFB）应用，通过将合成的支化聚苯并咪唑与1，4-丁基磺酸内酯反应，制备了理论磺化度分别为30%、40%、50%和60%的磺化支化聚苯并咪唑（sb-PBI）膜。其中，sb-PBI-50膜展现出优异的钒离子阻力（9.34×10^-9 cm²/min）、质子传导能力（2.05×10^-2 S/cm）和选择性（2.20×10⁶ S·min/cm³）。将sb-PBI-50膜装配到VFB中，在80~280 mA/cm²电流密度下，其库仑效率（96.26%~98.35%）、电压效率（73.50%~90.19%）和能量效率（71.72%~86.82%）均高于商用Nafion 212膜。此外，在140 mA/cm²电流密度下，使用sb-PBI-50膜的VFB可稳定进行1170次充放电循环，且保持化学结构和微观形貌稳定，说明sb-PBI-50膜在VFB中具有好的应用潜力。

基于我国“富煤、贫油、少气”资源现状，发展煤制多孔炭电极材料技术可加快煤炭清洁高效利用转型及“双碳”目标的实现。本研究以神木烟煤为碳源，KOH为活化剂，通过一步活化策略，制备了煤基多孔炭材料。结果表明：制备的煤基多孔炭具有发达的分级孔道结构（比表面积为2094.5 m²·g^-1，孔容为0.96 cm³·g^-1），丰富的石墨化微晶，N、O杂原子共掺杂及良好的亲水性。以制备的煤基多孔炭为正极，2 mol·L^-1 ZnSO₄水溶液为电解质，Zn箔为负极，组装的扣式锌离子混合电容器在0.1 A·g^-1电流密度下比容量高达178.7 mAh·g^-1；当电流密度放大200倍至20 A·g^-1时，比容量仍维持89.2 mAh·g^-1，展现了优异的倍率性能；最大能量密度和功率密度分别为142 Wh·kg^-1和16854.9 W·kg^-1。此外，以明胶@ZnSO₄为凝胶电解质构建的准固态锌离子混合电容器同样显示出卓越的电化学性能，并具有良好的柔韧性。

以KMnO₄、MnSO₄·H₂O、（NH₄）₂S₂O₈和盐酸为原料，通过控制水热反应的温度和时间合成不同晶型的二氧化锰（MnO₂）。通过XRD、SEM、TEM技术对材料的结构和形貌进行表征。结果表明，所合成的MnO₂均为纳米颗粒，但不同晶型的MnO₂呈现出不同的微观形貌。对比其电化学性能发现：δ-MnO₂由于其独特的花球结构提供大量的反应位点，性能明显优于其他晶型的MnO₂，在2 A/g的电流密度下循环1400周次可以达到623.48 mAh/g的比容量。采用循环伏安法、电化学阻抗和恒电流间歇滴定技术探究MnO₂电极的动力学特性，δ-MnO₂拥有更高的Li⁺扩散速率。

钠离子电池由于钠元素储量丰富、成本低廉以及与锂离子电池相似的工作原理而备受瞩目，在规模化储能领域展现出巨大的应用潜力。开发具有快速充放电能力的钠离子电池，可有力支撑规模储能的调频应用。电解液作为钠离子电池的关键组分在电极/电解液界面反应中扮演着重要角色，成为决定钠离子电池快充特性的关键因素。本文首先分析了钠离子电池中快充型电解液所面临的机遇和挑战。其次，从电解液的传输特性和电化学稳定性两方面着手，探讨了钠离子电池快充性能和电解液性质之间的密切关系。最后，基于不同溶剂体系，总结了快充型电解液的发展现状，提出一般性的设计策略。通过本文的综合分析，将为快速充放电能力的钠离子电池的研发提供有益的指导和启示。

普鲁士蓝及其类似化合物（Prussian blue analogous， PBAs）因其固有的热力学稳定性、宽广的离子插层/脱嵌通道、丰富的电化学活性位点以及可调节的化学组成与元素比例，已经成为下一代钠离子电池正极材料的有力候选者。然而，这类材料的电化学性能常常受到晶体缺陷和高含量结晶水及间隙水的影响。本文论述了PBAs的结构，并从单电子和双电子的角度概括了其分类，探讨了当前这类材料面临的挑战，并从结晶度控制、缺陷控制、形貌调控、离子掺杂/取代、组分优化以及碳包覆/复合六个方面系统地综述了现有的典型改性策略，评述了这类材料从实验室研究向产业化应用过渡的现状。此外，本文还展望了PBAs在钠离子电池领域的发展前景，通过材料工程和表面科学的进步，PBAs有望从实验室阶段迈向工业化应用。

随着现代科技的迅猛发展，对能在极端环境下稳定工作的能源存储系统的需求日益增长，特别是在无人机、电动汽车、深海探测等前沿领域。锂离子电池因其高能量密度、长寿命、无记忆效应等特性，成为满足这些极端环境下能源需求的理想选择。但是，极端的温度、冲击、压力等恶劣条件对电池的性能和安全性提出了严峻挑战。本文综述了近年来关于锂离子电池在不同极端环境下的失效行为及失效机制，重点从电池内部材料结构的变化、锂离子传输以及电化学反应等方面出发，探讨了锂离子电池在各种极端条件下的内部材料失效机理。最后，文章总结了目前锂离子电池应对极端环境的主要改善措施。希望这些研究能够给未来设计更加耐用、高效的锂离子电池提供指导，促进锂离子电池在更广泛领域的发展。

在储能需求越来越大的时代背景下，对电池的循环寿命、容量、工作稳定性、倍率等性能提出了更高的要求。锂离子电池因优良的电化学性能和广阔的发展前景而受到青睐，目前已广泛应用于移动设备、电动汽车等领域；然而寿命衰减、成本偏高等瓶颈因素制约了锂离子电池的进一步推广应用。本文综述了锂离子电池循环寿命衰减的主要因素，包括正极材料的损伤与产气，以及负极材料SEI膜修复和锂枝晶的形成导致的活性锂的消耗，总结了近年来科研工作者改善其性能的有效途径，包括负极材料的结构设计与SEI膜稳定性控制，以及正极材料离子掺杂和表面包覆；最后根据锂离子电池发展瓶颈问题，从多元素掺杂、均匀包覆新技术和稳定SEI膜控制3方面给出本领域未来发展趋势展望。

锂离子电池已成为能源领域不可或缺的重要储能体系。开发具有高能量密度、长寿命、低成本的锂离子电池是当今电池科研领域的一项核心挑战。硅材料有着4200 mAh·g^-1的理论容量及低廉的成本，使其成为最有潜力的负极候选材料之一，然而硅在充放电循环中高达近300%的体积膨胀严重阻碍了其商业化进程。迄今为止，硅碳负极材料的制备技术已经历3次迭代。本综述介绍了CVD法在三代硅碳负极材料制备中的应用，并从材料结构设计、实验方法、反应过程机理、材料性能等方面展开讨论。最后，总结了三代硅碳负极材料制备技术的优势及劣势，并对未来高能量密度锂离子电池中硅碳负极的发展趋势进行了展望。

随着便携式电子设备和电动汽车的发展，传统锂离子电池能量密度接近理论极限，对于具有高能量密度的锂金属电池研究再度受到关注。然而，锂的高反应活性导致使用过量锂时安全风险增加且能量密度降低，无负极锂金属电池（anode-free lithium metal batteries，AF-LMBs）应运而生，其具有高能量密度和最低氧化还原电位，但循环寿命差，活性材料有限且界面反应复杂。提高AF-LMBs的循环稳定性是实现高能量密度储能系统应用的关键。本文综述了AF-LMBs的发展历程，并从锂枝晶、电解液稳定性、固体电解质界面（solid electrolyte interface，SEI）和集流体四方面深入分析了AF-LMBs目前面临的挑战，这些因素共同影响AF-LMBs的循环稳定性、安全性以及能量密度。最后指出未来研究方向应集中在电解液配方优化、人工SEI层设计以及集流体材料与结构改进，同时关注电池体积能量密度，以满足实际应用中对紧凑高效储能系统的需求，从而推动AF-LMBs的商业化进程。

不同碳载体载Pt催化剂对质子交换膜燃料电池膜电极性能的影响不同。本文分别制备石墨烯和Vulcan XC-72担载的Pt催化剂（Pt/G和Pt/C），对它们的形貌和物理特性进行表征，并作为膜电极阴极催化剂，通过极化曲线性能测试和阻抗测试探究Pt/G和Pt/C在不同I/C比下对膜电极性能的影响，以及不同Pt载量下Pt/G和Pt/C的性能变化趋势，并进行循环伏安曲线测试和加速耐久性测试，通过电化学活性面积和极化曲线性能的变化进一步评估不同碳载体载Pt催化剂在燃料电池操作环境下对膜电极稳定性的影响。结果表明，Pt/G和Pt/C最佳I/C比分别为0.5和0.6；随着Pt载量的升高，极化性能曲线均呈现先升高后降低的趋势，且均在0.8 mg_Pt/cm²时，达到最大值；Pt/G经历30000次三角波循环后，ECSA损失率为63%，峰值功率保有率高达60%，与Pt/C相比，石墨烯是稳定性优于无定形碳Vulcan XC-72的燃料电池膜电极催化剂载体。

IC21合金作为一种新型Ni₃Al基单晶高温合金，因其具有高熔点、优异的高温性能和抗蠕变能力，已成为新一代航空发动机涡轮导向叶片的理想材料。然而，涡轮导向叶片通常具有深小孔和深窄槽等复杂结构，传统加工方法难以满足高效加工要求。电解加工因其无工具磨损、高材料去除率以及不产生切削应力和热效应等优势，成为加工此类复杂结构的主要选择。本工作研究了IC21镍基单晶合金在NaCl和NaNO₃电解液中的电解加工电化学溶解行为。通过线性扫描伏安极化曲线测量，分析了IC21合金在不同电解液中的电化学反应特性。此外，通过电流效率测量、表面微观形貌分析，探讨了不同电解液和电流密度条件下合金的溶解特性和选择性溶解现象。研究表明：IC21合金在NaCl和NaNO₃电解液中均表现出典型的钝化-超钝化转变现象，其中NaNO₃电解液中形成的氧化层表现出更高的稳定性。电流效率测量表明，IC21合金在NaCl电解液中的溶解效率较为稳定，而在NaNO₃电解液中，溶解效率随着电流密度的增加逐渐下降，表现出与传统理论不同的特性。通过溶解表面形貌分析，进一步揭示了IC21合金在电解加工过程中存在选择性溶解现象，并探讨了其微观机制。基于这些实验结果，建立了不同电解液和电流密度条件下的电化学溶解行为模型，为IC21合金电解加工工艺的优化提供了理论依据。

以马尾藻为原料，ZnCl₂为活化剂，基于自模板构筑“蛋壳”式结构进行正交实验，研究在不同浸渍比、浸渍时间、活化温度、活化时间下制备马尾藻基活性炭的最佳工艺条件。采用N₂吸-脱附、SEM、XRD考察活性炭的孔结构特性、表面形貌和晶体结构，并对马尾藻基活性炭进行电化学性能测试。通过正交实验法分析得到，制备高比电容活性炭的最佳工艺条件为：浸渍比3、浸渍时间2 h、活化温度700 ℃、活化时间2 h。在9组实验条件下，所制备活性炭SAC₇的电化学性能最佳，当电流密度为0.5 A/g时，活性炭SAC₇的比电容高达136.4 F/g，当电流密度为5 A/g时，其比电容也达到了92.0 F/g，显示出良好的比电容性能和倍率性能；且经过10000次循环充放电后，仍有高达99.41%的电容保持率，具有极佳的循环稳定性。