人类社会的不断发展加剧了能源的消耗,按照如今的消耗速度人类很快就会面临能源危机,我们国家也不例外。目前,我国的石油和天然气等化石能源很大一部分都是依赖国外输入,长期以来能源问题都是我国发展的重要议题,随着便携式电子设备和各种汽车的蓬勃发展,对储能设备提出了更高要求,因此储能技术被视为国家的重要战略。过去几十年中,人们开发了柔性碱金属离子电池（Li、Na、K）,该类电池优点是能量密度高,同时也存在一系列的问题,如制作成本高、电解液是有毒性的有机电解液,限制了其发展。电化学储能设备中一个重要的组成部分就是二次水系电池,该类电池的最大特点就是使用水系电解液,该电解液和有机电解液相比,具有电导率更高、安全性更高、制作成本更低等优点,缺点是能量密度低,为解决这—问题最好的方法就是提高电极材料的比容量,镍的氢氧化物具有理论容量高、价格低廉、无毒等优点,是一种有发展前景的电极材料,因此本论文选择镍的氢氧化物作为正极材料。为提高材料的性能,首先在碳布上沉积一层一维氮掺杂的碳纳米纤维作为骨架,再通过水热在该骨架上合成氢氧化镍和羟基氧化镍的混合物,来提高正极材料的性能。为和正极材料相匹配,本文选择具有较高理论容量的锌负极材料,但是锌负极在碱性电解液中存在严重的锌枝晶及易溶解等问题,因此我们通过设计制备碳掺杂的氧化锌纳米棒,来抑制这些问题。具体工作如下:1、首先利用电沉积在碳布上沉积聚吡咯纳米纤维（PPy）,随后在氩气氛围中退火碳化为氮掺杂的碳纳米纤维,然后经过水热在一维的氮掺杂的碳纳米纤维上合成二维的羟基氧化镍和氢氧化镍的混合物。这种无粘结剂的三维结构能促进电子和离子的传输与扩散,有利于更快的反应动力学过程。接着利用电化学工作站对样品材料进行性能测试,测试结果显示,该电极材料在1mA cm-2电流密度下,面积比容量为0.32 mAh cm-2,将电流密度扩大10倍时,比容量保持为原来的84.3%,在10 mA cm-2电流密度下经过2000次的长循环后,面积比容量保持初始容量的92.86%,表明所制备的样品材料具有良好的循环稳定性和倍率性。2、氧化锌是一种常见的负极材料,在碱性电解液中易溶解和锌枝晶的生长限制了它的电化学储能特性。通过一步水热法合成含碳有机质掺杂的氧化锌纳米棒,随后在氩气氛围中高温退火碳化为碳掺杂的氧化锌纳米棒。在高温退火后,纳米棒上出现很多孔洞,这些孔洞不仅给材料提供更多活性位点,同时也有利于材料和电解液更好的接触,并且碳的掺杂不仅抑制锌枝晶的生成,还提高材料的稳定性。随后利用电化学工作站对样品材料进行电化学测试,测试结果表明,在10 mVs-1的扫描速率下经过2000次长循环后,面积比容量仍保持为原来的87.9%,表明材料具有良好的循环稳定性。最后,组装了以CC/N-CNF/NiOOH/Ni（OH）2（氮掺杂的碳纳米纤维/羟基氧化镍/氢氧化镍）为正极,ZnO/C（碳掺杂的氧化锌）为负极的水系碱性Ni-Zn电池器件,随后利用电化学工作站对该电池进行测试,测试结果表明该器件的最高能量密度为0.437 mWh cm-2,最高功率密度为32.4 mW cm-2,在10mA cm-2电流密度下经过2000次长循环后,面积比容量还保持初始容量的72.1%,表明材料具有较高的能量密度和功率密度及良好的循环稳定性。