当今社会对于高效、可持续储存能量方式的需求与其不充分不平衡发展之间明显构成了一对亟需解决的矛盾,受制于能量生产无法有效存储的事实,如何有效的开发成本低廉和绿色环保的电化学储存系统在能源经济可持续发展中愈发凸显其重要性,同时这也更符合当代“绿水青山就是金山银山”的发展主题。锂离子储能技术是目前便携式电子设备的首选电源,也是最成熟的技术。然而却因为锂金属成本和储量的限制成为了其发展的短板,因为其终究不是可持续的。为了寻求这一弊端的解决方案,大量的替代金属作为候选材料被广泛研究,本文在综合各类金属利弊后,选择了铝金属作为储能电池的负极。其原因如下:(1)铝金属为地壳丰度最高的金属元素,储量高、成本低。(2)铝离子在电化学过程中拥有至多交换三个电子的能力,理论容量高。(3)铝在电池制作过程中完全可以在露天环境处理,无毒无害且安全。在确定负极材料为铝后,本文主要研究内容集中到了正极材料的研究上。主要工作分为以下两部分:第一部分:首先利用表界面反应制备了一种碗状的碳材料,其机理为球状聚二氯乙烯(PVDC)悬浮在二甲基甲酰胺(DMF)中时,PVDC微球表界面会形成对DMF亲和与不亲和的部分并完成一定程度的规整排列。之后通过硫化钠(Na2S)促进的球状聚氯乙烯(PVDC)颗粒表界面的脱卤反应实现了具有碗状形貌碳材料的制备。通过考察影响碗状碳材料形成的四个因素后,获得了最优条件下典型制备碗状碳的方法。之后将该材料应用于铝-石墨的实际应用中以检验其性能。第二部分:铝-空气电池因其高能量密度成为了现今能量存储技术中的热门研究课题之一,而催化剂作为空气电池的关键部分决定了电池的性能表现及成本等问题。为此本文该部分工作的重心也放在了对催化剂的制备与性能探究上,在该部分首先完成了一种简单、经济的Co-Nx修饰碳复合材料的制备。前体制备过程仅需通过脱卤聚氯乙烯(PVC)和聚二氯乙烯(PVDC)类卤代聚合物并与三聚氰胺在原位氮掺杂的基础上即可完成,更重要的是之后Co-Nx部分修饰大量氮掺杂的碳材料仅需在溶剂热反应前简便的加入钴离子即可实现,故而该合成策略简便易行易于工业化生产。之后将Co-N-C复合物进行催化剂的电化学性能测试。结果表明,该复合材料具有良好的氧还原活性。在起始电位和转移电子数方面与商业上使用的Pt/C催化剂的性能相当。最后将该材料应用于铝-空气电池中,证实了 Co-N-C材料是一种非常有潜力取代Pt/C催化剂的候选材料。更为可贵的是该部分探究了合成原料可以使用的“白色污染”元凶-PVC塑料废物,这为解决现有环境污染提供了一种切实可行的途径,而且能够将它们转化为清洁能源技术的增值催化剂。因此该项工作为进一步在重度氮掺杂碳材料中包覆更多的过渡金属元素提供了依据。适用于后续进一步探究使用相同的脱卤系统利用金属原子尺寸级别的多重掺杂代替单独掺氮的碳材料宿体的效果。