随着化石燃料的日益紧缺以及对可穿戴电子产品和电动汽车需求的快速增长,开发高性能储能器件已迫在眉睫。现如今,锂离子电池应用广泛,但安全问题和高成本限制了其大规模应用。近年来,水系锌/钠离子电池由于能量密度高、功率密度高,循环寿命长、成本低、资源丰富、安全性高而备受关注。但作为衡量电池性能的指标之一体积能量密度往往被人们忽视。目前,大多数文献报道的电极材料振实密度低,因而体积能量密度往往较低。在此前提下,开发同时具备高体积/高质量能量密度的电极材料成为研究者们所面临的一个巨大挑战。本论文主要围绕面向水系储能应用的石墨烯基复合材料在三维组装、结构设计上的可控制备展开研究。我们从电极致密程度、导电性、调控材料中孔结构及孔径分布、平衡电极密度和孔隙率等方面入手,获得具有更大比表面积、更高孔隙率、更短离子传输路径的电极材料,且大大提高了电极材料的空间利用率和电化学反应速率,从而提升其水系储能性能。具体方法研究如下:（1）为了提高电极材料的致密程度、缩短电解液离子的扩散距离,我们开发了一种简便有效的方法来制备超致密Ni S₂/还原氧化石墨烯（r GO）复合正极材料,该正极材料密度可调,具有优异的电化学性能。紧凑的r GO网络不仅创建了快速的电子通道,以增强反应动力学,而且使整个电极具有增强的内部结构。此外,纳米多孔Ni S₂促进了电解液离子的快速扩散,并为氧化还原反应提供了丰富的活性位点。高密度（HD）Ni S₂/r GO//Zn电池具有优异的体积能量密度(18.7m Wh cm^-3)和质量能量密度(357.7 Wh kg^-1),以及出色的循环性能（循环2000次之后容量保持率仍有80.5%）。此外,该镍锌电池还具有出色的抗撞击性能。这种策略也可以用于增强其他金属硫化物电极的电化学性能,从而实现致密型能量储存。（2）为了进一步提高电极材料的导电性,我们用聚苯胺（PANI）包覆Mn O₂和r GO,制备三维致密组装体来实现高性能锌离子电池。一方面,由相互联接的石墨烯纳米片组成的致密骨架可以有效地提高电导率和扩散速率;另一方面,Mn O₂由r GO和PANI紧密包覆可以有效抑制Mn的溶解,从而改善锌离子电池电极材料的倍率性能和循环稳定性。得益于其组成和结构特征,水系Mn O₂/r GO/PANI//Zn电池在0.1 A·g^-1时容量可达241.1 m Ah g^-1,远远高于对照组样品(Mn O₂/r GO电极材料为178.8 m Ah g^-1,Mn O₂电极材料为177.4 m Ah g^-1)。更重要的是,Mn O₂/r GO/PANI//Zn水系电池在600次循环后仍具有高度可逆的性能,容量保持率为82.7%。此外,我们用恒电流间歇滴定技术测试来阐明Mn O₂/r GO/PANI电极的反应动力学。（3）为平衡电极密度和有效孔隙率,我们将硫作为扩张剂调控致密电极微结构,该电极具有优异的电化学性能,可用于水系钠离子电池。HD Fe S₂/r GO-S₃电极较多的微介孔结构更加有利于离子和电子的穿梭,且硫处理过的电极浸润性更好。此外,纳米多孔Fe S₂促进了电解质离子的快速扩散,并为氧化还原反应提供了丰富的活性位点。HD Fe S₂/r GO-S₃电极具有优异的体积比容量(182.9 m Ah cm^-3)和质量比容量(86.7 m Ah g^-1),以及出色的循环性能（循环100次之后容量保持率仍有96.5%）。此外,我们用电化学活性面积、阻抗、恒电流间歇技术（GITT）等测试方法证明HD Fe S₂/r GO-S₃电极具有更高的活性面积、快速的离子通道,更快的扩散动力学。这种策略也可以扩展以增强其他金属硫化物电极的电化学性能,从而实现致密型能量储存。