随着太阳能、风能等可再生能源的广泛应用,电化学储能进入规模化发展阶段。基于有机电解液的锂离子电池成本高、易燃、易爆,而且对环境不友好,使其在大规模储能方面受到很大限制。相较于有机电解液,水系电解液具有经济、安全性高、对环境友好、离子导电率高等优点,因此水系电池在未来的大规模储能系统中具有更大的应用前景。电解液是电池的重要组成部分之一,然而水系电池面临的一个突出问题就是温度较低时电解液会发生凝固,凝固后的电解液离子电导率不足使电池损失大部分容量和功率,因此低温下电解液凝固的问题亟待解决。目前,采用合适的电解液添加剂是改善低温下水系电池性能的有效途径之一。本文围绕电解液添加剂开展研究。具体研究如下:1.以二甲基亚砜（DMSO）为添加剂,探究了不同摩尔分数的DMSO对水系钠离子电池（ASIBs）低温性能的影响。以2 M Na Cl O₄电解液为研究对象,通过差示扫描量热仪（DSC）,热台偏光显微镜（TPM）,电化学交流阻抗（EIS）等对不同DMSO添加量的电解液进行表征测试,结果表明DMSO的添加能显著降低电解液的凝固点。但是电解液凝固点的降低程度并不与添加的DMSO量成正比。优化后发现添加摩尔分数为0.3的DMSO(χ_DMSO=0.3)对电解液的低温性能改善最明显,可以将电解液的凝固点降低至-130℃以下。离子电导率测试结果表明加入χ_DMSO=0.3的DMSO的2M Na Cl O₄电解液（2 M-0.3）在-50℃超低温下离子电导率仍高达0.11 m S cm^-1。将2 M-0.3电解液用于活性炭（AC）//Na Ti₂（PO₄）₃电池,电化学测试结果表明该电池体系在-50℃和0.5C的倍率下放电容量为68 m Ah g^-1(1C=133 m A g^-1),容量保持率为常温下的61%。未添加DMSO的电池在-50℃已无法正常工作。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）,拉曼光谱（Raman）,核磁共振（NMR）,X射线光电子能谱（XPS）,扫描电子显微镜（SEM）,分子动力学模拟（MD）的研究结果表明,DMSO的作用机理主要在于其与水分子之间可以形成分子间氢键（HBs）,破坏了水分子和水分子间HBs的形成从而阻止了冰晶网格的形成。2.探究了DMSO作为低温添加剂的普适性。选取优化后χ_DMSO=0.3的DMSO这一添加量用于水系锂离子电池（ALIBs）和水系钾离子电池（APIBs）进行研究。首先向1M Li₂SO₄电解液中添加χ_DMSO=0.3的DMSO,组装AC//LiTi₂（PO₄）₃电池,电化学测试结果表明该电池体系在-50℃和0.5 C的倍率下放电容量为65m Ah g^-1（1C=130 m A g^-）,容量保持率为常温下的62%。向1M KCl电解液中添加χ_DMSO=0.3的DMSO,组装AC//聚酰亚胺电池（PI）,电化学测试结果表明该电池体系在-50℃和0.5C的倍率下放电容量为58 m Ah g^-1(1C=183 m A g^-1),容量保持率为常温下的62%。未添加DMSO的电池体系在-50℃都无法正常工作。这些研究结果均证明了DMSO作为ABs低温添加剂是具有普适性的。