为满足人类社会对新型可再生清洁能源日益增长的需求,开发新一代低成本、绿色无毒、可持续发展的能源存储技术迫在眉睫。在电化学储能技术中,铁基水系电池具备成本低、安全性高、倍率性能优越、环境友好等诸多优势,引起了科研工作者的广泛关注。然而,铁基水系电池电化学储能过程中不可避免的水分解副反应（HER、OER等）以及低温下水系电解液冻结等问题,严重阻碍了它的进一步推广应用。因此,通过电解液调控,合理设计水系电解液的组成,使电池具备长循环、耐低温等特性,是目前铁基电池研发领域的热点课题。本论文主要以电解液调控为出发点,一方面探究电解液对新型铁离子水系电池电化学特性的作用规律及机制,从而对其倍率、长循环等性能进行改善;另一方面系统探究不同水系电解液中镍铁电池的低温特性,利用电解液调控的手段构筑了耐低温镍铁水系电池体系。具体研究内容如下:1.该工作采用含NH4Cl添加剂的弱酸性Fe SO4水溶液为电解液,以高比表面积的纳米碳泡沫以及3D网状泡沫铁作为正负极,组装了新型“摇椅式”铁离子电池。系统探究发现该电池的应用优势主要包括以下三点:（1）NH4Cl添加剂可增大电解液的离子电导率,并大幅提升电池的反应动力学。（2）NH4Cl添加剂能减少泡沫铁负极表面钝化层,在其表面形成特殊的“坑洞”,有效延长电池的循环寿命。（3）大比表面积的泡沫碳为正极集流体,充放电时电解液中的Fe2+会吸附到碳泡沫表面进行Fe2+/Fe3+的转换反应;这种无正极设计减少了正极侧的重量/体积,有效提升铁离子电池的重量/体积能量密度。这一简单巧妙的电解液调控策略使得铁离子电池的循环寿命超过1000次,循环后其放电容量保持率仍高于91.5%,且库仑效率始终保持在96%以上。此外,该新型铁离子电池成本较低且其中所有成分均对环境友好无毒,在大规模储能电站等领域具有非常大的应用潜力。2.该工作开发了新型碱性耐低温水溶液,探究了其耐低温机制,并以此水溶液为电解液构筑了耐低温镍铁水系电池。系统探究发现,不同含量的KOH溶质可改变其水溶液的冻结温度,其中10 M KOH溶液的冰点可低至-112℃,且-40℃下7.5 M KOH溶液的离子电导率在仍高达166 m S/cm。通过分子动力学模拟和拉曼光谱技术对KOH溶液的耐低温机制进行研究,发现水溶液中的OH-可以打破其原有的氢键网络,生成独特的（H7O4）-和（H9O5）-溶剂化离子构型;通过调控其浓度可有效降低水溶液的冻结温度,获取耐低温碱性水系电解液。该电解液适用于镍铁水系电池,选用7.5 M KOH为电解液,以泡沫铁为电池负极,生长在泡沫镍基底上的Ni O@C薄膜为正极,可构筑耐低温镍铁水系电池。其中,正极采用“无粘结剂”设计策略,避免了粘结剂在低温下脆化分解引发的电池性能恶化乃至失效。这一Ni-Fe水系电池表现出优越的低温储能特性,-40℃下比容量为室温比容量的42%,可以稳定运行500次以上且无明显容量衰减。