风能、太阳能和水能等清洁可再生能源在空间和时间上的分布不均,使得其开发和利用的过程中需要二次电池的辅助。作为国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020)中规划为国家重点发展方向的前沿技术,二次电池技术的研究对我国能源、交通、信息和国防等领域的高速发展和相关战略新兴产业形成与壮大具有重要战略意义。目前以锂离子电池为代表的二次电池技术在移动数码产品和中短途电动车中获得了巨大成功,但在大规模蓄电与长距离续航里程电动车的应用中,需要研究与开发下一代二次电池新体系。所谓"下一代"是指超越目前的锂离子电池技术,大幅提高二次电池的能量密度、充放电效率以及可靠性。与传统锂离子电池的嵌入电化学不同,下一代二次电池由于需要更高金属离子的存储能力,电池的正负极更像是一个化学反应场所,不仅物质结构与性质发生较大变化,而且还存在大幅变化的固固、固液、固气、气液等多相反应界面。本论文将重点介绍本课题组近年来关注的多种电化学储能体系,如锂氧气电池、钠离子电池和液流电池。详细介绍这些新型二次电池体系的反应机理,材料制备,及电池结构的设计。最后,本报告将对各种新体系电池的发展与挑战进行评价和展望。