随着社会经济的不断发展,能源危机和环境问题已将传统化石燃料推向了舆论的风口浪尖,而与此同时,面对清洁可再生能源的间歇性和不确定性,开发高效的能量储存和转换装置已成为实现可持续发展的关键。目前,在诸多先进的储能设备中,锂/钠硫电池（Li/Na-S）因其资源丰富（硫和锂/钠）、无毒、低成本和高能量密度等优势而备受关注。然而,即使历经几十年研究,Li/Na-S电池实际应用的道路上依然存在许多固有的难点和挑战,如硫及其放电产物（Li2S/Na2S）的绝缘性、活性物质的体积膨胀、中间多硫化物（Li2Sn/Na2Sn,4≤n≤8）的溶解和穿梭效应,以及金属Li/Na负极的枝晶问题等。因此,提高正极材料导电性,实现Li2Sn/Na2Sn的约束和快速转化,已成为目前改善Li/Na-S电池电化学性能的有效策略之一。近年来,铁钴镍硫属化合物由于它与Li2Sn/Na2Sn之间具有强的亲和力,作为硫载体可辅助活性组分接收离子或电子,进而降低电极过电位、加快Li2Sn/Na2Sn的转化反应动力学,被认为是一类最有前景的Li/Na-S电池“催化”材料。与此同时,也可将这类极性材料与传统的碳基材料复合,在改善电极整体导电性的前提下,结合物理限制和化学吸附作用共同抑制穿梭现象,为电池获得长循环寿命奠定了基础。此外,在以上分析的基础上,设计合成空心结构,不但能够提高硫的负载量,而且在Li/Na-S电池循环过程中还可以提供足够的空间应对硫的体积变化。鉴于以上分析,本论文以抑制多硫化物的溶解与扩散和加强Li/Na-S电池电化学反应动力学为目标,制备了一系列极性铁钴镍硫属化合物复合材料,通过熔融扩散法将单质硫封装其中,并组装电池研究了相应的电化学性能,主要内容概括如下:（1）为了提高硫复合正极的导电性,我们通过简单的两步水热法将Fe Co2S4纳米管阵列均匀地生长在碳布（CC）表面,通过熔融扩散负载单质硫后,形成柔性自支撑正极（Fe Co2S4/CC@S）用于组装Li-S电池。在Fe Co2S4/CC复合基底中,相互编织的碳纤维骨架保证了正极的基本导电性,而极性的Fe Co2S4纳米管阵列不仅能够促进电子和离子的快速转移,而且其显著的化学吸附能力还能有效抑制多硫化物的穿梭。与此同时,空心结构的Fe Co2S4纳米管阵列可为硫的体积膨胀提供大的容纳空间。此外,更重要的是,我们所制备的极性复合电极还具有加速Li-S电池电化学反应动力学的作用。因此,Fe Co2S4/CC@S正极在电流密度为0.1 C时,展现出了1384 m A h g-1的高放电容量,其次,在1.0 C下稳定循环300圈以后,电池的库仑效率始终保持98%以上。（2）通过第一章的研究发现,基底材料对Li2Sn的吸附能力是影响Li-S电池循环稳定性的关键。因此,在本章工作中,我们采用溶胶-凝胶法和高温热解过程首先制备了核壳结构Si O2-空心碳纳米球（Si O2-HC）,然后在其表面垂直生长了一层极性Co Se2纳米片,同时将大量的Si O2除去,得到THC-Co Se2载体材料。负载S之后,S@THC-Co Se2电极不仅具备足够大的封闭空腔可缓解活性物质的体积膨胀,而且还拥有牢固的“三道防线”,通过物理和化学作用层层阻碍Li2Sn的向外扩散。除此之外,最外层高导电性的Co Se2纳米片还能催化其表面所吸附Li2Sn的快速转化,进而加快可溶中间体的消除,减缓穿梭现象。基于以上优势,在0.1 C电流密度下,S@THC-Co Se2正极所组装Li-S电池的初始放电容量高达1230.0 m Ah g-1,且在1.0 C下循环1000圈以后,每圈容量衰减率低至0.034%。（3）上述两个工作中都是以导电性较差的单质S作为正极,活性物质的利用率还有待提高,因此,在本章我们选择导电性比单质S更好的二硫化硒（Se S2）作为活性物质,在180°C条件下将其封装在氮掺杂碳（NC）包覆的Ni Co2S4空心胶囊中,得到Ni Co2S4@NC-Se S2复合正极,进而组装高性能的Li-Se S2电池。其中,该正极在保证良好导电性的基础上,Ni Co2S4空心衬里和NC涂层将化学吸附与物理约束完美结合,缓解Se S2的体积膨胀的同时,可有效抑制多硫/硒化物的溶解和穿梭。此外,极性的Ni Co2S4还有助于增强多硫/硒化物的氧化还原动力学。电化学测试结果表明Ni Co2S4@NC-Se S2电极在电流密度为0.1 C时的可逆容量高达1205.1 m Ah g-1,此时活性物质利用率也可达到90%,进一步将电流密度增大到2.0C以后,电池的放电容量依然可保持673.5 m Ah g-1,表现出良好的倍率性能。同时,该电池在1.0 C电流密度下可稳定循环800圈,每圈衰减率低至0.038%,明显优于Ni Co2S4-Se S2和NC-Se S2对比电极。（4）室温（RT）钠硫电池（Na-S）与Li-S电池的储能机理相似,且Na元素在地壳中的含量比Li元素更丰富,金属Na的价格也更便宜,因此,本章我们将Li-S电池体系中的研究理论应用到RT Na-S电池中,研究了它的电化学性能。然而,RT Na-S电池的高能量密度通常也主要依赖于放电过程中液态Na2Sn向固态Na2S的高效转化和充电过程中硫的回收,这也是Na-S电池电化学反应过程中的决速步骤。所以,针对该点,本章采用静电纺丝技术合成了由氮掺杂碳纤维（NCFs）和单质Ni空心球组成的三维网络（Ni-NCFs）基底材料。在此设计中,每个Ni空心单元不仅可以缓解S在循环过程中的体积效应,还可以沿着碳纤维方向促进电子的快速转移。同时,测试结果表明,少量的金属Ni在载S的过程中表面被极化,产生了极性的Ni-S键,与Ni-NCFs复合材料中的NCFs相结合,可以有效吸附易溶的Na2Sn中间体,进而辅助金属Ni催化其发生快速的氧化还原反应。此外,我们还采用原位拉曼表征技术监测了Na2Sn在充放电过程中的变化。最后,将具有自支撑特性的S-Ni S2@Ni/NCFs电极组装RT Na-S后,表现出优异的倍率性能和出色的循环稳定性。综上所述,本论文采用不同的方法,设计合成了Fe Co2S4、Co Se2、Ni Co2S4和Ni S2四种铁钴镍硫属化合物与碳的复合材料,将其用作载体封装单质S或Se S2后,依次组装了Li-S,Li-Se S2和RT Na-S电池,并充分探究了极性基底在充放电过程中对Li2Sn、Li2Sen和Na2Sn的吸附与催化转化作用,最终改善了电池的循环稳定、倍率性能和电化学反应动力学,为解决Li-S和RT Na-S目前所面临的几大挑战提供了可参考的研究思路。