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船舶是海洋和近海大气污染的主要来源,随着我国提出的2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标的实施,大力发展新能源动力推进系统船舶,在船用电网中加入储能系统,可以提高发电机效率和负载均衡,实现船舶系统的节能减排。水系锌离子电池（ZIBs）因具有成本低、安全性高、容量大和无污染等特点,应用于船舶电力智能微网储能电池系统中极具优势。水系ZIBs的发展仍处于初期阶段,钒氧化物因其理论容量大、晶体结构灵活多变和资源丰富是正极材料的选择之一,但是钒氧化物作为ZIBs正极材料,其充放电循环后易导致层状结构坍塌和化合物中钒溶解,影响其电化学性能和稳定性。针对上述问题,本论文通过客体预嵌入和包覆策略,对钒基氧化物正极材料的层状结构,包括晶面间距、氧空位浓度、电化学活化等进行调控,改善氧化钒的溶解和结构稳定性。进一步对其电化学性能和储能机理进行研究。通过研究,取得的主要结论如下:（1）采用阳离子预嵌入策略,选用离子半径由小到大的碱土金属Mg、Ca和Sr,通过一步水热法分别制备了碱土金属离子预嵌入层状V2O5·n H2O（VOH）中的Mg0.17V2O5·1.7H2O（Mg VOH）、Ca0.18V2O5·1.3H2O（Ca VOH）和Sr0.19V2O5·1.6H2O（Sr VOH）纳米带正极材料。碱土金属离子预嵌入VOH层间作为“支柱”增大了其晶面间距,制备的Mg VOH、Ca VOH和Sr VOH纳米材料（001）面的晶面间距分别从VOH的1.14 nm扩大到1.30 nm、1.26 nm和1.35 nm,嵌入离子后的晶面间距随着碱土金属离子半径的增加呈现先减小后增大的趋势;认为嵌入离子导致的晶面间距不仅受嵌入碱土金属的离子半径的影响,也受相应地电负性（Mg＞Ca＞Sr）的影响,为两个因素的共同作用。结果表明:碱土金属离子的预嵌入,扩大了离子扩散通道,降低了Zn2+迁移能垒,以及VOH中的部分V5+被还原成V4+,使嵌入后的钒氧化物结构稳定性和导电性得到了显著提升。制备的VOH、Mg VOH、Ca VOH和Sr VOH钒基氧化物材料,在0.1 A g-1电流密度时,表现出332、382、397和350 m Ah g-1的比容量,面积容量为0.40、0.46、0.48和0.42m Ah cm-2。（2）基于有机分子预嵌入策略,室温下自聚合法合成导电聚合物聚苯胺（PANI）嵌入V2O5·n H2O（VOH）中的V2O5·n H2O@PANI（VOH@PANI）纳米带复合正极材料。PANI可以增大VOH（001）面晶面间距,同时PANI包覆VOH,抑制正极材料在弱酸性电解液中溶解。并且,VOH@PANI复合材料表面产生氧空位（V（?））,V（?）调节复合材料的电子结构和表面化学,触发快速的电子转移,PANI本身也具有储锌能力,从而提高电极的电化学性能。因此,[email protected]电极材料在0.1 A g-1电流密度下表现出413 m Ah g-1的高比容量和0.50 m Ah cm-2的面积容量,表明了Zn//V2O5·n H2O@PANI电池的Zn2+嵌入/脱出存储机理。（3）室温条件下,通过一步自聚合方法将导电性更好的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）预嵌入商业V2O5中,实现了增大V2O5晶面间距和调控V（?）的浓度,同时调控材料形貌和电化学性能。制备的V（?）-V2O5-PEDOT-20.3%正极在0.2 A g-1电流密度时具有449 m Ah g-1的高比容量和0.54 m Ah cm-2的面积容量,即使在电流密度10 A g-1时循环6000圈仍有94.3%的容量保持率。制备方法操作简单,具备放大生产的能力。（4）为了获得高面积容量的材料形貌,水热法制备了具有高振实密度的微米花形貌Ca V4O9正极材料,并采用喷涂法制备了无集流体的Ca V4O9/碳纳米管（Ca V4O9/CNTs）膜。研究表明,在首圈充电过程中Ca V4O9发生了相转化,转化为无定形的V2O5·n H2O,提升了材料的电化学性能。Ca V4O9/CNTs膜电极在50 mg cm-2的高担载量下获得10.5 m Ah cm-2的高面容量。软包柔性Zn//Ca V4O9/CNT电池,在不同形变状态下展示了可靠的295m Ah g-1(1 A g-1)电化学性能。