电气化进程的不断推进,使得我们对能源需求急剧增加。不可再生化石燃料的过度开采,以及随之造成的环境污染成为当前社会发展亟待解决的难题。如何探索开发并高效利用新型清洁能源和发展先进的电化学储能技术变得越来越重要,这些也被认为是解决资源短缺和环境问题的关键。水系锌离子储能器件在众多的储能设备中,因其功率密度较高,组装方便、使用绿色、环保且安全可靠等优势,成为电化学储能领域的研究热点。但是二价锌离子与一价碱金属相比,离子尺寸,携带电荷数、离子/电子扩散动力学等方面存在较大差异,我们需化设计电极材料微结构以实现水系锌离子储能器件高比容量、快速存储和稳定循环性。本论文通过对水系锌基储能器件性能的制约因素分析,设计和制备了锰氧化物/碳复合材料并将其应用于水系锌离子储能器件（Zn离子电池和Zn离子电容器）,解决锰基材料的导电性差和循环过程中易溶解问题。主要研究内容及结果如下:1、通过湿化学法将聚苯胺衍生碳纳米管（PCNT）作为骨架和牺牲性还原剂,制备了一种具有核壳结构和稳定性高的空心导电PCNT骨架自支撑生长MnO2纳米片阵列（PCNT@MnO2,简称PCMO）。PCMO中的中空PCNT导电骨架特征和坚固的集成MnO2纳米片阵列不仅有利于提高电子导电性和加速电子迁移,而且为MnO2纳米片的生长提供有效的成核位点和畅通的离子通道,从而实现高比容量、快速的离子扩散动力学和优异的循环稳定性。因此,以PCMO为正极组装的Zn-MnO2电池在循环120次后仍保持264 m Ah g-1的高比容量(0.2 A g-1的电流密度),其比容量和循环稳定性远优于纯MnO2材料。此外,组装的PCMO//Zn电池在120W kg-1的功率密度下可以表现出320.2 Wh kg-1的高能量密度。低成本和核壳结构的合理设计以及优异的电化学性能,PCMO将有望实现具有成本效益和高性能Zn-MnO2电池的候选正极材料。2、采用湿化学络合沉淀与高温退火的方法制备了具有尖晶石结构Zn MnO3纳米材料用于水系锌离子电池的正极材料。Zn MnO3是片状堆积结构,而且层与层之间相互连通的网络空隙,缩短了离子/电子传输路径,有效提高了电子/离子传输动力学。并且Zn MnO3具有稳定的Zn四面体环境,使得Zn MnO3晶型结构更加稳定,从而获得较优异的循环稳定性。因此,以Zn MnO3为正极组装的Zn MnO3//Zn电池在140次循环后比容量可达291.1 m Ah g-1(在0.2 A g-1的电流密度下),在1 A g-1的高电流密度下,500次循环后的比容量保持率高达87.4%。Zn MnO3将成为高性能的Zn-Mn水系电池的一个非常有前途的正极候选材料。3、通过水热的方法生成比较均匀的MnO2纳米棒,将MnO2纳米棒作为模板、,通过水热和高温煅烧得到碳包覆的MnO2纳米复合物（MnO2@C）。这种碳包覆结构有利于MnO2电极材料与电解质充分接触,提高了锌离子的传输速率,而且碳具有良好的导电性,有效改善MnO2的导电性差得问题。在循环过程中有效抑制了MnO2中Mn的溶解这类不可逆反应,提高MnO2纳米材料的结构稳定性。因此,以MnO2@C作为Zn离子电容器活性材料显示出在0.2 A g-1时其比电容可以达到92F g-1,在4 A g-1的高电流密度下,充放电循环10000次后比容量保持率仍可达到95%。其优异的循环性能将成为Zn-MnO2水系锌离子电容器的一个非常有前途的活性材料。