作为地球含量最高的几种元素之一,铁及其化合物在我们的日常生活中随处可见,其应用也十分广泛。由于其原料易得、价格低廉、无毒无污染、便于加工的优点,对于铁基化合物的研究几乎贯穿了整个人类文明史。近些年,由于工业社会的发展,人类文明对储能设备的需求越来越高。铁基化合物种类繁多,性能各异,在各个储能体系中都能发现其身影。但其本身导电性差的问题使其应用受到了限制,但可以通过将其负载在自支撑导电框架内予以解决。本研究通过静电纺丝技术或石墨烯气凝胶负载的方式,构建了新颖的自支撑电极结构并应用于不同的电化学能源器件中,充分发挥了铁基化合物的优势。本文的主要工作如下:一、氧化铁材料在作为锂离子电池负极材料时具有1007 mAh g-1的高理论容量,但是其自身的导电性差,且在充放电过程中体积膨胀严重。为了解决这些问题,更好的利用氧化铁的高容量,我们通过混合纺丝的方法,制备了一种多孔的碳纳米纤维负载γ-Fe2O3的自支撑电极(PFC)。在纺丝过程中加入的PMMA,不仅促进了 γ-Fe2O3在纤维中的均匀分布,而且在分解后留下了大量的孔隙,优化了纤维电极的结构。这样的电极结构弥补了 γ-Fe2O3导电性能差,循环过程中体积膨胀严重的问题。通过原位XRD表征,我们发现γ-Fe2O3在多孔碳纤维中表现出更高的反应动力学。制备的PFC2电极在0.2 C下稳定循环300圈以后仍能保持1088 mAh g-1的可逆容量,在2 C的高电流密度下可稳定循环1000圈。二、和金属锂相比,金属钠来源广泛、价格低廉。这使得钠离子电池成为锂离子电池在大规模储能方面的有力竞争者。由于钠离子电池和锂离子电池的储能机理相似,许多锂离子电池电极的设计理念可以直接应用于钠离子电池中。因此,我们在上一个工作的基础上,改进了静电纺丝的条件,使用乙酰丙酮铁作为铁前驱体,制备了更适合钠离子电池体系的了-Fe2O3/C复合纤维电极(γ-Fe2O3/PCF)。比表面分析测试结果表明,γ-Fe2O3/PCF复合纤维电极具有更高的比表面积(68.2 m2 g-1)。原位生成的纳米颗粒均匀分散在多孔碳纳米纤维中,有效的减轻了在循环过程中的体积膨胀效应。多孔碳纤维增强了电解液的润湿性和整体电极的电导性。γ-Fe2O3/C复合纤维电极表现出了 437 mAh g-1的高首圈放电容量和88%的高首圈库伦效率。三、新能源汽车对高能量密度和高功率密度的要求,催生了锂硫电池的的快速发展。在这项研究中,我们通过液氮将含有金属有机框架和氧化石墨烯/碳纳米管的前驱体快速冷冻固定,在冷冻干燥后通过磷化将其转变为FeP纳米立方体修饰的rGO/CNTs混合气凝胶,通过吸纳多硫化锂电解液的方式实现了在锂硫电池正极中的应用。合成的p-HA/FeP-10电极在0.2 C下表现出了 1312.3 mAh g-1的高比容量,在1 C下可以稳定循环500圈(每个循环仅有0.037%的衰减),在9.6 mg cm-2的S负载下具有高达8.5 mAh cm-2的高面积容量。我们将这样优异的性能归结于FeP的强吸附作用固定了多硫化物,限制了其在电池中的穿梭,从而提高了硫的利用率,以及多孔石墨烯气凝胶骨架为电荷转移提供了足够的界面,促进了多硫化物电解质在电极中的均匀分布,还有就是FeP对多硫化物转化反应有一定的催化效果。本文针对不同的电化学储能体系,通过构建自支撑复合电极,利用了铁基材料的优点,规避了其缺点,改善了电化学储能器件的性能。