化学电池在能源的存储和转化中起着非常关键的作用。水系锂离子电储体系与传统易燃有毒的有机锂离子电储体系相比具有安全性高，成本低，环境友好等优势。现有的水系离子电池所用的电极材料主要为含锂化合物，然而锂资源有限，原料成本高，电极材料的选择范围有限，制约着水系离子电池的发展。本文考虑到以上不足，研究开发了几种离子交换水系电池体系。 本研究主要内容包括：⑴以添加了不同碳材料的粉末状锌为负极，锰酸锂为正极，锌盐和锂盐的混合水溶液为电解液组装成电池体系。结果表明，碳材料的引入抑制了锌电极表面枝晶的生长和锌的自溶解，其中活性碳的抑制效果最佳，将锌电极的首次放电容量由114 mAh g-1提高到150mAh g-1，而且经过210次的循环测试后，其放电容量还在60 mAh g-1以上，这说明锌/活性碳复合锌电极在水系离子交换电池中的应用具有很大的发展潜力。⑵通过水热合成法成功制备了二氧化锰/碳纳米管复合材料。碳纳米管作为载体改善了二氧化锰自身电导率低的问题，同时使二氧化锰材料尺寸纳米化，有效的减小离子传递阻抗。以MnO2/CNT复合材料为负极，LiMn2O4为正极，镁盐和锂盐的混合水溶液为电解液组装成电池体系。结果表明，该电池体系具有较好的循环性能和良好的倍率性能，同时也说明负极MnO2/CNT材料结构比较稳定。综上可知，MnO2/CNT//LiMn2O4电池体系表现出较好的电池性能，有望开发成一种绿色环保的电池。⑶通过溶胶-凝胶结合高温固相法成功制备了磷酸钛钠及其碳的复合材料。将NaTi2(PO4)3/C复合材料作为负极，以LiMn2O4为正极，镁盐和锂盐混合水溶液为电解液组装成电池体系。结果表明，碳包覆在磷酸钛钠微粒表面，提高了磷酸钛钠电导率，同时抑制了磷酸钛钠在水系电解液中溶解。该电池体系表现出优异的循环性能和良好的倍率性能。综上可知，NaTi2(PO4)3/C//LiMn2O4电池体系表现出理想的电池性能，是一种极具发展前景和实用性的绿色动力电源。
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