随着太阳能、风能、潮汐能等清洁能源的迅速发展,如何有效存储这些间歇性能量以便持续使用,成为目前能源高效利用所面临的重要挑战。因此,高效能量存储系统的发展对实现清洁可再生能源宽领域覆盖具有重要意义。近年来,可充电水系锌基电池（AZBs）由于其理论容量高、成本低、运行安全性高、环境友好等优点,在大规模储能系统的应用上展现出了明显的潜力。但由于AZBs正极材料相对低的能量密度以及在水溶液中的循环稳定性差制约了其在高比能领域中的应用,因此提高正极材料综合电化学性质成为目前水系储能研究领域中的重点。其中具有类金属特性的过渡金属磷化物/磷酸盐凭借其比电容高、导电性好等特点被认为是极具应用前景的电极材料。对此,我们通过实验设计成功合成了具有特定形貌、高电导率和长循环稳定性的镍钴基磷化物/磷酸盐电极材料,同时结合第一性原理计算分析了其具有优异电化学性能的原因,并应用于高压水系锌基电池。主要研究结果如下:（1）通过设计合成非晶磷酸盐包覆的多晶镍钴磷化物（C-Ni Co P@A-Ni Co PO4）自支撑电极,利用非晶与多晶组分协同效应开发了用于水系锌电池的高性能正极材料。在设计的复合结构中,高导电的磷化物具有超高电子传输能力,而高稳定性的非晶磷酸盐可以提供更有利的离子扩散效率和稳定的保护屏障。通过SEM、HRTEM、XPS、XRD等表征手段和第一性原理计算对电极材料的形貌、晶格结构、元素价态、电子结构、氢氧根吸附能、去质子化能等进行了分析。在三电极系统下,电极表现出398.4 m Ah g-1的高比容量,并且经过10000次循环后,容量保留率为92.6%。以C-Ni Co P@A-Ni Co PO4为正极、金属锌片为负极组装的软包电池可以提供超高能量密度(在1.72 k W kg-1时能量密度为626.33 Wh kg-1),同时具有非凡的倍率性能(在33.56 k W kg-1时能量密度为452.05 Wh kg-1)。此外,以聚丙烯酰胺水凝胶作为隔膜和电解质的准固态柔性电池在频繁的机械应变下具有良好的耐久性(弯折500次后,经过3000次循环容量仅下降了12.7%,该工作表明晶体/非晶分级复合电极在储能领域具有很大的前景。（2）提出一种新的界面修饰策略,设计并合成了具有均匀介孔和非晶态磷酸盐界面的氮掺杂镍钴双金属磷化物正极材料（N-NCP@POx）。非晶态磷酸盐界面既有利于OH-的吸附和脱质子化,同时也是使活性物质免受钝化的优越保护层;而有序均匀的介孔结构则提供了较高的比表面积和丰富的电化学活性位点。这种巧妙的设计充分利用了电极组分优化与结构设计间的协同效应,使N-NCP@POx电极具有显著的储能能力和电化学稳定性。通过第一性原理计算和一系列表征手段（SEM、TEM、XRD、Raman、FTIR等）证实了非晶磷酸盐界面在抑制正极材料表面钝化,增强离子迁移中扮演的重要角色。以N-NCP@POx为正极,金属锌片为负极,组装的软包电池呈现超高的比容量(1 A g-1时容量为358.3 m Ah g-1)、优异的速率性能(20A g-1时容量为132.2 m Ah g-1)和超长的循环性能(在10 A g-1下经过6000次循环后,容量保持率为94%)。该工作将促进过渡金属磷化物作为高性能储能器件正极的进一步发展。（3）采用一步磷化策略构建了一种分级双金属磷化物异质结构（Ni Co P@Ni2P）作为AZBs的正极材料。合理的异质界面设计可以通过引入所需的表面反应位点和有利的界面电子结构来重新塑造电极材料的界面性质。通过实验和理论计算,证明了Ni Co P@Ni2P正极在非均匀界面上的电荷重排布,揭示了Ni Co P@Ni2P电极具有良好的离子吸附能和快速的界面扩散动力学。以金属锌片为负极,组装的软包电池具有较高的比容量(1 A g-1时容量为358.3 m Ah g-1)和优异的倍率性能(20 A g-1时容量为224.4 m Ah g-1)。在1.7 k W kg-1的功率密度下,表现为596.3 Wh kg-1的高能量密度。而且Ni Co P@Ni2P//Zn电池在较低的温度（-30℃）仍然可以达到超高比容量(307.9 m Ah g-1),并表现出从未被报道过的低温容量保持率(在10 A g-1下经过2000次循环后容量保持85%)。这种异质界面工程策略为水系锌基电池实用化提供了新的思路。