近年来,由于化石燃料的快速消耗,全球变暖和环境污染也许会成为人们亟待解决的问题。较高的能量密度和功率密度分别是锂离子电池和超级电容器所具有的优势,由于这个因素两者被认为主导市场的能源储能设备,但是它们由于本身的缺点限制,都不能满足现代社会的快速发展。那么我们最重要的任务就是寻找一种既具有高能量-功率密度和长循环寿命的能源存储器件。最近,由于离子电容器的正负极是两种反应类型的结合（嵌入脱出和吸脱附）,并在这两种技术之间提供了桥梁,从而逐渐引起了人们的广泛关注。考虑到这些优势,离子电容器有望广泛应用于新型节能汽车以及太阳能和风能的储存。最近许多科研工作者已经设计了许多电极材料并将其应用于离子电容器中,但是也遇到了许多问题,例如电极材料的动力学缓慢,导致器件的倍率性能受到很大限制等。所以,进一步设计合适的电极材料以提供快速的动力学是将离子电容器得以大规模应用的关键。本文通过系统的物相表征及电化学测试对合成的由纳米颗粒组成的树枝状FeF2,石墨烯复合的多孔纳米球状Co V2O6@Graphene Oxide（P-CVO-N@GO）和L-FMO（L-FMO）微米结构电极材料的微观结构、物相信息以及电化学性能进行深入研究,并通过多种非原位和第一性原理计算（DFT）研究其电化学反应机理。主要内容如下:（1）通过一种温和的溶剂热结合进一步煅烧处理的方法制备了由纳米颗粒组成的树枝状FeF2多级结构。通过电化学测试,我们设计的由纳米颗粒组成的树枝状FeF2多级结构展现了优异的倍率性能(109 m A h g-1,1 A g-1)和稳定的250圈循环。研究结果表明了纳米结构FeF2作为锂离子电池正极材料的可行性。希望本研究对于新型正极材料的开发提供有益的启示。（2）首次通过简单的溶剂热和高温煅烧处理的方法合成了一种由超薄纳米片（～140 nm）堆叠而成的L-FMO微米结构,并将其用于钠离子电容器。考虑到L-FMO作为一种全新的负极材料且在钠电池中的储能机制还不是很清晰,本文采用了各种非原位测试手段对其储能机制进行系统的研究。例如非原位HRTEM和非原位XPS实验测试,验证了转化反应的反应机制。此外,我们也设计了一种钠离子电容器（SICs）的储能器件,该器件不仅实现了较高的能量-功率密度,同时也实现了超长的循环稳定性。（3）通过简单的溶剂热反应和高温固相处理合成了均匀的P-CVO-N@GO。在钾离子电池中表现出良好的电化学性能。其优异的电化学性能可归因于以下特征:尺寸较小的CVO纳米球在石墨烯基质中均匀分布,这使得离子和电子的扩散路径更短;石墨烯复合进一步提高了导电性,这极大提升了载流子在电极内部的传输效率;作为一种多孔结构,复合材料内部的微孔可以有效地适应因载流子嵌入到CVO层间后引起电极材料的体积膨胀。此外,利用非原位XPS;非原位HRTEM结合第一性原理计算（DFT）首次证实了CVO//K电池的电化学储能机理,表明在放电过程低电位区间发生转化反应,充电过程中观察到了CVO相,验证了CVO在钾离子电池中完全可逆的反应机制。得益于这种优势,我们设计了钾离子电容器这种存储器件,该器件展现了较高的能量-功率密度,同时也实现了超长的循环稳定性。