水系锌离子电池因高安全性、低成本和低毒性等优点,在大规模储能领域具有重要的应用前景。然而,采用金属锌作为负极时,易引发枝晶、析氢和腐蚀等问题,严重制约着水系锌离子电池的电化学性能。锌枝晶是由金属锌电极经过充放电、析氢及腐蚀反应后,表面结构发生变化,导致的锌离子沉积不均匀引起的,大幅度降低锌离子电池的库伦效率。因此,理解锌离子在锌负极/电解液界面的传输机制以提高锌负极/电解液界面稳定性和界面电荷均匀性,是锌均匀沉积和抑制锌枝晶生长的关键,也是提高锌负极性能的难点。本论文通过构筑人工固体电解质（SEI）膜、优化电解液和设计制备凝胶电解质等方法,增强了锌负极/电解液界面的稳定性、实现了界面电荷均匀分布,进而提升了水系锌离子电池的循环寿命和库伦效率,为促进水系锌离子电池的产业化应用提供了理论依据。本论文的主要研究内容和研究成果如下:（1）引入可自发调节界面电场的钙钛矿型纳米Ba Ti O3人工SEI膜,实现了锌离子的有序传输。Ba Ti O3可以被电池内部电场极化,产生定向偶极子,其极化方向随着外加电场方向的改变而改变。在锌离子沉积过程中,Ba Ti O3自发地在锌负极/电解液界面产生一个均匀的电场,引导锌离子的有序沉积。此外,由于存在静电排斥力,一部分硫酸根离子被阻挡在Ba Ti O3人工SEI膜之外,减少了与锌离子和锌负极的界面接触,从而提高了锌负极沉积/溶解的库伦效率。基于此,所组装的锌对称电池在1 mA cm-2电流密度和1 mAh cm-2容量密度下循环了2000小时。当与二氧化锰正极匹配后组成的水系锌离子电池,在2 A g-1电流密度条件下循环300圈后,其库伦效率接近100%。（2）电极/电解液界面处超分子主客体作用,抑制了析氢反应及锌枝晶生长。采用18冠醚6作为H3O+的捕获剂,即18冠醚6作为主体、2 M Zn SO4水溶液中的H3O+作为客体,使界面处的主客体具有识别性能,从而抑制了H3O+的电化学反应活性,进而缓解发生在锌负极表面的析氢反应。同时,18冠醚6和H3O+的主客体复合物会吸附在锌负极表面,产生静电屏蔽作用,从而抑制了锌枝晶的生长。在18冠醚6的作用下,Zn//Zn对称电池在1.4 mA cm-2电流密度和1.4mAh cm-2容量密度下循环了2000个小时;当电流密度和容量密度增加至6 mA cm-2和6 mAh cm-2时,此对称电池也循环了500个小时。用钠的普鲁士蓝衍生物为正极组成的锌//钠混合离子电池,在500 mA g-1电流密度下循环280次后其库伦效率仍能接近100%。（3）使用亲水小分子木糖醇成功地调控了界面锌离子传输。在锌沉积过程中,木糖醇吸附在因不均匀沉积形成的锌负极表面突起尖端处,一方面起到静电屏蔽作用,抑制了锌枝晶的生长;另一方面与水形成氢键,缓解了析氢反应。在木糖醇浓度为0.02 g L-1时的1 M Zn（CH3COO）2电解液中,Zn//Zn对称电池在电流密度为1 mA cm-2和容量密度为1 mAh cm-2下循环300个小时。（4）利用电解液中高浓度大分子葡聚糖的拥挤环境,调控了锌离子的溶剂化结构。电解液中高浓度大分子葡聚糖引发体积排除效应,占据了大部分空间,使其它电解质盐形成了局部高浓度环境。基于此,在1 M Zn Cl2电解液中,高浓度葡聚糖造成的拥挤环境及其空间排斥力使锌离子溶剂化的结构发生了变化,将Zn（H2O）62+溶剂化结构转变为Zn Cl42-等溶剂化结构,从而抑制了析氢反应,同时也阻碍了锌枝晶的生长。使用该电解液时,Zn//Zn对称电池在1 mA cm-2电流密度和1 mAh cm-2容量密度下循环540个小时。（5）使用准聚轮烷作为水凝胶电解质,在分子尺度下调控了锌离子的浓度。此准聚轮烷水凝胶是通过聚环氧乙烷（PEO）和α型环糊精（CD）在水溶液中的自组装而形成,使锌离子吸附在CD与PEO构建的区域内,在分子尺度下实现了区域化锌离子的均匀浓度、降低了电极与电解液之间锌离子的浓差极化,实现了锌离子的均匀沉积,从而抑制了锌枝晶的生长。使用准聚轮烷作为凝胶电解质时,Zn//Zn对称电池在0.7 mA cm-2电流密度和0.7 mAh cm-2容量密度下循环了1370个小时。Zn//Cu半电池在0.5 mA cm-2和0.5 mAh cm-2的条件下经过116次循环,其库伦效率仍能保持在100%。