近年来,能源危机、环境污染以及全球气候变化等问题已经成为人类面临的重大难题,人们迫切的希望寻求绿色科技来缓解这些问题。作为绿色科技,新能源汽车引起了人们广泛的关注,新能源汽车的动力来源是电化学能量存储/转化装置,主要包括镍氢电池、锂离子电池、燃料电池等。其中,镍氢电池由于其安全性、组装一致性、环境友好性等得到了学者们广泛的关注和研究。虽然其在便携式电子器件、电动工具、新能源汽车等很多方面都有应用,然而其功率密度仍然不能满足在电动汽车、军事装备等高功率领域的需求。决定镍氢电池高倍率放电性能（HRD）的关键是其负极材料储氢合金的性能,研究者们通过元素替代、退火、表面处理、添加导电剂或催化剂等方法来改进电极的HRD。虽然有一定的改善效果,但提高程度有限,限制了镍氢电池在高功率领域的应用,所以仍须开发新型材料来进一步提高电极性能。通过优化实验方案、改进制备方法,设计并制备新型复合材料来改善电极的综合电化学性能。将储氢合金与比表面积大、导电性好的纳米多孔金属、石墨烯复合,显著提高了氢化物电极的HRD;将储氢合金与电催化活性好的Co₃O₄复合,提高了电极的综合电化学性能;利用协同效应,制备了Co₃O₄/氮掺杂石墨烯与储氢合金的复合材料,显著提高了镍氢电池的综合电化学性能。本论文将这些内容展开,主要包括以下三部分:1.储氢合金/纳米多孔金属复合电极的设计及其在镍氢电池中的应用;由于用传统方法制备的氢化物电极有很大的内阻,导致在电化学反应过程中有大的极化,这里将储氢合金粉与可作为集流器的三维双连接的纳米多孔镍复合,制备复合材料。纳米多孔镍与储氢合金之间的无缝集成降低了电极内阻,减小了电化学极化。该复合材料由于其独特的复合结构,一方面加快了纳米多孔镍与储氢合金之间的电荷转移,另一方面加快了氢原子在储氢合金内部的扩散,显著提高了电极的HRD。当放电电流密度为3000 mA g^-1时,其容量保留率为44.6%,是单独储氢合金电极的2.4倍（18.8%）。这种储氢合金/纳米多孔金属复合材料有望成为新能源汽车用高功率镍氢电池的替代负极材料。2.储氢合金/石墨烯复合电极的设计及其在镍氢电池中的应用;用自上而下的方法制备了石墨烯与储氢合金的复合材料。石墨烯高的电导加快了电极的电荷转移速度;大的比表面积增加了电化学活性位点,有利于离子的吸附和电化学反应的进行;此外,石墨烯纳米片可以作为桥梁连接相邻的储氢合金颗粒,有利于减小接触电阻,减小电化学极化。其独特的复合结构使电极具有优良的HRD,当放电电流密度为3000 mA g^-1时,其容量保留率为51.3%,几乎是单独储氢合金电极的4倍（13.5%）。这种制备复合电极的方法可以扩展到其它能量存储装置来提高其电化学性能。3.Co₃O₄及其复合材料在提高镍氢电池综合电化学性能方面的应用;Co₃O₄可以作为催化剂提高氢化物电极的电化学反应速度,而通过机械混合进行掺杂的方法使Co₃O₄的利用率不高。这里,通过在储氢合金表面原位生长片层状Co₃O₄的方法,制备复合材料,大大提高了Co₃O₄的利用率和电催化活性,提高了电极的电化学反应动力学性能。此外,Co₃O₄层与储氢合金的无缝集成降低了电极内阻,减小了电化学极化。该复合材料显著提高了电极的综合电化学性能,与单独储氢合金相比,复合材料的最大放电容量由302.6 mAh g^-1提高至326.4 mAh g^-1,当放电电流密度为3000 mA g^-1时,放电容量由40.9 mAh g^-1提高至59.0 mAh g^-1。基于协同效应,在氮掺杂石墨烯上原位生长Co₃O₄,并将其与储氢合金进一步复合,该复合电极具有以下优点:（1）Co₃O₄均匀分布在氮掺杂石墨烯上,提高了Co₃O₄的导电性和电催化活性;（2）Co₃O₄抑制了氮掺杂石墨烯在循环过程中的重新堆叠;（3）复合材料形成的三维导电网络结构促进了电子和离子的传输,缩短了扩散距离。复合电极在保持高放电容量的同时提高了电极的HRD。当放电电流密度为3000 mA g^-1时,其放电容量高达223.1 mAh g^-1,是单独储氢合金的3.2倍(68.7 mAh g^-1)。该复合材料在高功率能量存储装置中具有极大的应用潜力。