开发可再生能源以及完善能源存储系统将有助于缓解日趋严重的能源危机和环境问题。本文聚焦于几种有应用价值的金属-碘二次电池储能体系,从构筑高效载碘正极材料和理解材料结构、组分与性能之间的关系两方面出发,在探究微观储能机制的基础上,设计具有低成本、安全性好和环境友好等特点的新型高能量密度金属-碘二次电池体系,主要开展以下几方面研究工作。在锌-碘二次电池体系研究方面,设计了基于水相电解质的锌-碘二次电池体系,较系统地研究了该电池体系的电化学性能。多孔活性碳布与碘复合显著提高正极的电化学性能和稳定性,结合抑制金属锌枝晶生长的水相电解质,获得放电容量高于理论容量的锌-碘二次电池。电池循环过程中的超电势、容量衰减率和自放电率均远远优于当前报道的金属-碘电池体系。结合电化学测试和Raman光谱测试,发现在纳米孔洞中碘的还原过程是由碘分子直接转变为碘离子的“一步”直接还原过程,不产生多碘化物中间产物,储能机制与有机相金属-碘电池显著不同。设计并制备了准固态锌-碘二次电池,并着重研究了其形变条件下的电化学性能。电池展现出高度可逆的循环性,经过不同角度的折叠形变和反复折叠后,电池仍保持⁹0%的放电容量。有意义的是,电池体积能量密度远远高于之前报道的（准）固态金属-碘电池,为开发廉价、安全、环保的可穿戴储能器件提供了新思路。在铁-碘二次电池体系研究方面,制备了具有多级结构的氮掺杂多孔碳材料,将其作为负载碘的电极材料,一方面其多级多孔结构显著抑制碘活性物质的“穿梭效应”,另一方面掺杂的氮原子显著提高碘活性物质的氧化还原速率。此外,发现抗坏血酸添加剂显著抑制铁负极枝晶生长。在此基础上,构筑的水系铁-碘二次电池表现出高放电容量和高功率密度,且具有电池材料成本低、安全性好、环境友好等特点。通过筛选优化与太阳能电池匹配的金属-碘氧化还原对,初步实现了利用太阳能电池在不同太阳光照强度下直接充电,在太阳能储存转化领域有诱人的应用前景。在镁-碘二次电池体系研究方面,选择可再生的廉价天然大分子β-环糊精负载碘活性物质。利用溶解饱和的设计,向电解质中加入β-环糊精添加剂以减缓碘活性物质的不利穿梭。所构筑的镁-碘电池表现出两组分别对应单质碘与多碘化物和多碘化物与碘离子之间的氧化还原行为的充放电平台,放电容量达150 mAh g^-1,并可以稳定循环40次。β-环糊精作为电极材料和电解质添加剂显著提高电池的容量和循环稳定性,为制备低成本、绿色友好的镁-碘电池提供了思路。