现有化学电源比能量受限已成为制约电动汽车、储能和移动电源等领域发展的瓶颈。直接甲醇燃料电池和锂空气电池具有比能量高、环境友好等诸多优点，代表了高比能化学电源发展的主要方向。两种电池拥有相似的空气电极，电极结构优化是提高电池性能关键。本论文研究了被动式直接甲醇燃料电池阴极亲/疏水性和孔结构对气、液传质的影响。同时，探索锂空气电池空气电极的疏水性和碳材料对电池性能的影响。　　 采用氟硅烷氟化处理被动式直接甲醇燃料电池阴极微孔层碳粉材料，提高了微孔层的疏水性和结构均一性。接触角测试结果证实:氟化后微孔层表面疏水性增强。SEM显示微孔层孔结构致密均一。该微孔层结构增强了水从阴极返回到阳极的“返水”效果，同时还加速了氧气的传质，减小了阴极反应的电阻，进而提高了电池的性能和放电稳定性。　　 通过在催化层中逐步提高聚四氟乙烯的含量，调控了阴极催化层纵向深度的亲/疏水性，设计并制备了疏水性呈准连续梯度分布的阴极催化层。这种阴极新结构的采用促进了氧气的深度传质和阴极的“返水”和“排水”功能，优化了水、气管理，降低了氧还原反应的电荷传递电阻。　　 借鉴直接甲醇燃料电池气体扩散电极制备技术，制作了锂空气电池空气电极，使用不同程度疏水处理的碳纸作为空气电极活性材料的支撑体和电极集流体，在空气电极形成透气阻水层，同时加快了氧气在电极中的传质，有利于电池内部电解液的保持。还尝试通过改变电池的充放电模式，采用阶梯充放电方式，改善了锂空气电池大电流充放电时的循环性能。　　 本论文还研究了采用不同碳材料作为空气电极活性材料制备锂空气电池。SEM结果表明:以介孔碳制作的空气电极具有疏松的结构和丰富的介孔孔道。10纳米左右孔径和双峰孔结构的介孔碳有利于分离锂空气电池工作时空气电极的氧气传质孔通道和产物沉积孔结构，所制作的锂空气电池在0.1mAcm-2下放电容量可达到3818.5mAhg-1。石墨烯对锂空气电池氧还原和氧化物分解均具有较高的催化效果，因而提高了电池的循环性能。将石墨烯和KetjenblackEC600JD制备的双层锂空气电池既展现了较高的比容量，又改善了电池的循环性能。