电能的储备是我们面对能源短缺的重要措施之一。如今,锂离子电池已被广泛应用于各类电子行业,但是随着远程电动汽车的快速发展,锂离子电池已不能满足其能量需求。因此,具有高的比能量密度、低成本和对环境友好的金属空气电池开始被关注。其中铝空气电池的理论能量密度(8100 Wh kg^-1)仅低于锂空气电池(11700 Wh kg^-1),而且铝元素是地壳中含量最高的金属元素,不仅价格低廉而且无污染,是目前的热门研究课题。对于铝空气电池,水系体系研究比较成熟,但是水系铝空气电池自放电腐蚀严重而且Al³⁺在水溶液中不能电沉积,非水系电解液是解决这一问题的关键,因此综合各方面因素,氯化铝/氯化1-乙基-3-甲基咪唑（AlCl₃/[EMIm]Cl）被选为铝空气电池的电解液。本文研究了碳球（CMs）、硼掺杂碳球（B-CMs）以及石墨烯（rGO）分别作为阴极催化剂时铝空气电池的电化学性能来探索最佳的阴极催化剂。利用简单的回流-煅烧方法合成CMs,它是表面有很多小孔的球形结构,有较大的比表面积。单纯的碳球作为阴极材料时,在25 mA g^-1的电流密度下,其首次放电容量可以达到835 mAh g^-1,在容量截止为200 mAh g^-1,电流密度为50 mA g^-1时能稳定循环35圈,对充放电后的阴极做XPS测试得出最有可能的放电产物为Al₂O₃。以硼酸饱和溶液和碳球前躯体为材料利用浸渍-煅烧的方法来制备B-CMs复合材料。经过测试发现碳球与硼酸饱和溶液质量比为1:20时所获得的复合材料性能最优,对氧还原反应和析氧反应都有良好的催化效果,是一种非常适合作金属空气电池阴极材料的双功能催化剂。XRD、Raman、SEM等测试表明B原子已经成功负载在了碳球上且部分硼元素以碳化硼的形式存在,B原子掺杂使得碳球表面出现缺陷获得更大的比表面积。以B-CMs作为阴极材料时,铝空气电池的首次放电容量高达4800 mAh g^-1在25 mA g^-1的电流密度下,是单纯CMs的5.8倍,放电平台较高,在1.0-1.8 V之间。石墨烯由于其优良的电化学性能曾为锂空气电池的比容量和倍率性能的提升做出了重大贡献,rGO样品作为阴极催化剂时,与CMs相比铝空气电池的电压差小,放电平台高,循环寿命长,是一种良好的双功能催化剂。