碱性电解水析氢反应作为获取绿色氢能源的重要途径具有广泛的研究意义和应用价值，但其缓慢的电极反应动力学及较高的过电位需要高效稳定的催化剂来加速反应过程。目前商用的铂（Pt）基催化剂因高昂的成本限制了其规模化应用。设计高效、低过电位的非 Pt 电催化剂仍然是一个重大挑战。钌（Ru）基催化剂因具有类 Pt 的活性氢结合能而受到广泛关注。本文以富勒醇和三聚氰胺为基体原料，与氯化钴和氯化钌在 150 °C 水热反应 24 小时，随后在氩气/氢气（5%）混合气氛下 600 °C热解处理，成功在氮掺杂碳纳米管（N-CNTs）上修饰了钴钌（CoRu）纳米合金，制备了一种新型高效的 Co，Ru 双金属电催化剂。得益于 Co 和 Ru 位点之间的电子通信，所得 CoRu@N-CNTs 具有优异的电催化析氢反应活性。在 1 mol·L ^-1 氢氧化钾水溶液中达到 10 mA·cm ^-2 的电流密度，所需过电位仅为 19 mV，塔菲尔斜率为 26.19 mV·dec^-1，优于基准 Pt/C 催化剂。本研究将为高效析氢电催化剂的设计与制造开辟一条新的道路，有力推动电解水制氢技术在能源存储与转化领域的应用推广，为我国“碳达峰与碳中和”战略目标的实施蓄势赋能。

本文基于电化学-热-力（ETM）耦合模型，对快速充电下锂离子电池（LIB）的老化特性进行了数值研究。首先，通过COMSOL Multiphysics建立并求解了ETM耦合模型。随后，对电池进行了长循环测试，以探索LIB的老化特性。具体而言，从SEI的非均匀分布、SEI生长、热稳定性和应力特性等方面分析了充放电倍率和循环次数的增加对电池老化的影响。结果表明，充放电倍率和循环的增加导致SEI不均匀程度的增加，以及因SEI生成所造成的电池容量损失也随之增加。同时充放电倍率和循环数的增加也分别导致电池的发热量增加和散热率降低，从而使得电极材料热稳定性下降。此外，随着循环的进行，正极材料的von Mises应力高于负极材料，正极材料表现为拉伸变形，负极材料表现为压缩变形，正极的有效锂离子浓度低于负极的有效锂离子浓度，证明了电池正极材料在长循环下所发生的拉伸型断裂主导了容量损失过程。上述研究有助于研究人员进一步探索锂离子电池在快速充电条件下的老化行为，并采取相应的预防措施。

碱性水电解制氢是现今最为成熟的水电解制氢技术。电解槽由多个电解小室组成，单个电解小室由隔膜、电极、双极板和端板等组成。现有工业的双极板流道结构为凹凸结构，通过模具冲压成型制备，制备成本高且困难。凹凸结构电解小室存在电解液流动不均匀和电流密度低的问题，进而增加了碱性水电解制氢的能耗和成本。因而，本文首先根据现有工业的凹凸双极板流道结构搭建电化学和流动模型，分析电解小室电流密度、电解液流动和气泡分布情况。模型可靠性已通过与文献实验数据对照验证。其中，电化学电流密度决定了气体产率，气体在电解液中流动反过来影响电化学反应活性比表面积和欧姆电阻。结果表明，凹凸结构电解小室凹球底部流动速度几近为零，凸球表面电解液流速较大，流道结构中存在旋涡，电解液分布不均。接着，建模优化碱性水电解槽的流道结构，比较了凹凸结构、网状、菱形和膨胀网结构电解小室电化学和流动性能。结果表明，膨胀网结构电解小室电流密度最大，为3330 A/m²，电解液流速最大，为0.507 m/s。相同电流密度下，过电位最小，能耗最低。本文对碱性水电解槽流道结构的全面理解和优化提供一定的指导意义，为大规模电解槽设计提供理论基础。