由于对能源需求的增加和对自然环境的污染影响以及化石燃料资源利用的减少,发展更有效的能量转换和储存设备是新能源技术基础研究和应用研究中的重点挑战所在。二次电池作为一种能量转换和贮存的重要设备,在世界经济社会可持续发展的过程中发挥了很大的作用,目前,它正向着更高的比能量、更安全、对自然环境更友善的新产品的方向发展。其中锂离子电池具备能量密度高、循环寿命长、自放电弱等优点,在缓解能源危机与污染问题等方面有着重大意义,因此成为了当今世界上各国动力材料研究的重点。负极材料是锂离子电池的核心部件,是直接决定锂离子电池电化学特性的关键因素之一。锂空气电池因其具有远高于现有电池的实用比能量的潜力而受到广泛的关注。二次电池的电极材料作为电化学能量高效转换与存储的核心,对二次电池的选择和开发以及性能优化的研究,有着重要意义。碳作为一种地球上的基本元素,可以形成各种各样的块状结构,碳基材料在未来能源应用中的应用前景也引起了广泛关注。T-carbon是一种新发现的类金刚石相,具有乙炔键支撑的空心结构,这一特性激励我们考虑其作为高容量锂存储材料和锂电池负极的可能性。通过基于密度泛函理论的蒙特卡罗模拟,我们构建了载锂T-carbon的结构和能谱,利用分子动力学（MD）模拟验证结构的稳定性,通过建立能谱的凸包来预测锂加载过程中的结构演变。其中T-carbon对锂原子的吸附来源于锂的价电子填充到乙炔键的反键π*轨道中,并且锂的最大理论容量是石墨的三倍（1116 m Ah/g）。在低锂密度下,过强的吸附不利于锂的释放和负极的放电,而在高锂密度下,锂原子相互推挤并对抗T-carbon的吸附。这样一个有利的现象导致了负极电位的降低,低密度和高密度之间锂吸附的显着差异形成了一个“死区”,其中只有一半的锂容量可以用于负极的放电。锂空气电池是最有前途的下一代电池之一,二维（2D）层状材料的发展丰富了锂空气电池的电极材料。在研究过程中,二维Mo Si2N4被认为是锂空气电池正极和负极材料的合适材料。我们研究了二维Mo Si2N4的锂储存机制,分析了锂存储过程中负极电位的变化,以及Li2O2在Mo Si2N4表面上的生长过程。二维Mo Si2N4的高锂离子电导率为其作为负极材料带来了优势,而在二维Mo Si2N4上Li2O2生长的低势垒又为其作为正极材料带来了优势。负载锂的Mo Si2N4的最大容量预计为129 m Ah/g。对于负载锂的Mo Si2N4,在很大的锂负载范围（Li%=12～75%）内,它的负极电位是稳定的（相对于锂块体约为-0.2V）。作为正极材料,在Li2O2板片的生长过程中,开路正极电位是稳定的（相对于锂块体约为2.8 V）。我们的研究揭示了二维MAX相作为金属-空气电池材料的可能性。