随着现代社会的发展,实现安全高效的能源存储变得愈发重要。迄今为止,电动汽车和各种电子设备的主要供能单元是具有较高的放电容量以及高能量密度的锂离子电池。然而,锂离子电池的广泛使用加剧了本就储量有限的锂资源的消耗,高成本的锂矿原料正在逐步制约着锂离子电池的发展。值得注意的是,钠资源的储备充足、易于收集,并且和锂的物理化学特性相近,这使得钠离子储能器件在大规模智能电网的使用中有着明显的优势。其不足之处在于,充放电过程中钠离子的反应动力学行为迟缓且放电容量较低。因此,需要研发更适宜的电极材料和电解质等来进一步提高钠离子储能器件的电化学性能以及实用价值。比如:三维（3D）纳米结构的过渡金属氧化物和硫化物具有独特的电学以及物理化学特性,在能源存储等方面的应用前景非常广阔。另外,虽然超级电容器能够提供超高的功率密度,使用寿命长,但是另一方面也具有低能量密度的缺点。而钠离子混合电容器展现出兼具高功率和高能量密度的特点,集中体现了超级电容器以及电池的优点。针对以上关键科学问题,本文从电极材料结构的设计、材料的制备以及电解质的选择等角度出发,旨在进一步提高钠离子储能器件的电化学性能。具体的研究成果如下:（1）通过水热法在Sb2S3纳米棒上直接生长SnS2纳米片,然后再在材料表面覆盖碳层制备了 3D Sb2S3/SnS2/C异质结结构,研究了其钠离子能源存储性能。这种3D异质结结构极大地增强了材料的稳定性,有助于实现电子和离子的快速转移。测试结果表明,基于Sb2S3/SnS2/C复合材料和六氟磷酸钠-二甘醇二甲醚电解质的钠离子半电池在1 A/g下经过600次循环后表现出642 mAh/g的高可逆容量以及在4 A/g时仍然保持367.3 mAh/g的良好倍率性能。此外,不同的电极材料在不同的电解质中的钠离子扩散过程也被进一步做了评估,以研究材料的结构和电解质对电化学性能的影响。最后,基于醚类电解质制备了 Sb2S3/SnS2/C//Na3V（PO3）3N钠离子全电池,结果显示该电池具有较高的能量密度、良好的循环稳定性和倍率性能。（2）利用水热结合冷冻干燥的方法制备了 SnO2量子点均匀分散在3D石墨烯网络结构的气凝胶材料（SnO2 QDs@GF）,研究了基于这种气凝胶电极材料和离子液体电解质组成的钠离子电池在不同温度下的电化学性能。这种结构不仅可以有效地提高材料的导电性,还能够缩短钠离子的扩散距离,缓解体积膨胀。将气凝胶材料用作独立自支撑的电极材料,不需要额外添加导电剂以及粘结剂。此外,我们制备了 NaTFSI/EMIMFSI离子液体电解质,用于研究温度对钠离子电池的电化学性能产生的影响。测试结果显示,这种电池体系不仅在室温下（25℃）可以提供较好的电化学性能,在65℃的较高温度下也能够安全稳定的工作并表现出更高的可逆容量（0.025 A/g时容量为662.4 mAh/g）、良好的倍率性能（2A/g时为159.6 mAh/g）和出色的循环稳定性（在1 A/g下经过1000圈测试后仍剩余245.5 mAh/g）。此外,我们制备的SnO2 QDs@GF//Na3V2（PO4）3钠离子全电池在不同温度下也表现出良好的循环稳定性,表明该电池具有在宽温度范围内的应用潜力。（3）在水热条件下,通过控制溶液的酸碱度在碳布上（CC）直接生长不同结构的Nb2O5纳米材料,包括纳米管和在纳米管上继续生长纳米线同质结的结构,研究了基于这些不同3D纳米结构的钠离子半电池的电化学性能。测试结果表明,纳米管状Nb2O5@CC表现出更优异的钠离子存储性能,在1 A/g时经过1500次循环,其容量保持在175 mAh/g,库伦效率为97%。将Nb2O5@CC纳米管作为负极、活性炭（AC）作为正极组装的钠离子混合电容器的最高功率/能量密度分别能够达到7328 W/kg和195 Wh/kg。经过5000次循环后,Nb2O5@CC//AC钠离子混合电容器仍然剩余80%的初始电容值。此外,我们制备的软包结构的柔性器件在不同弯曲角度下都能够正常工作,展示出良好的机械性能和循环稳定性。