1.碳约束纳米结构锂离子电池负极材料
锂离子电池因高能量密度广泛应用于移动电子设备及运输工具等二次能源领域。碳作为目前的商用电极很难满足高密度能源需求。活性金属(Sn、Si、Ge等)以及金属化合物(氧化物、氮化物等)作为新型负极材料在循环过程中，避免不了体积膨胀，严重影响电池循环稳定性。针对电极材料在储能过程中由于体积涨缩造成的粉化失效，设计合成了碳约束纳米结构，为活性材料结构约束和有效电荷转移提供解决方案。实验证明电极在多次电化学循环后保持完整结构。
2.锂硫电池正极材料高密度储能
锂硫Li-S电池以其有着高理论容量、高的能量密度、成本低及绿色环保等优点被视为下一代最具前景的储能单元之一。然而在充放电过程中，硫和聚硫化产物电子传导能力差及硫流失等问题严重限制其作为有效储能器件的实际应用。本课题组结合等离子体物理及化学控制反应，成功合成碳约束硫化物纳米结构，并实现该类材料高纯宏量制备。电极兼具优异的能量密度、功率密度及充放电循环稳定性。核壳双质电化学活性以及电极电位错位体现是电极性能提升的根源。
3.锂空电池过渡金属化合物纳米催化电极
锂空电池要走向实用化仍需克服很多问题：富氧环境下电解液的分解，放电产物不溶堵塞空气电极使得实际放电容量远远低于其理论放电容量，空气电极上的氧还原和析氧反应缓慢，循环性能低等。课题组利用直流电弧等离子体、化学气相沉积等方法可制备过渡金属化合物作为锂空电池正极材料，设计开发新型氧还原、氧析出双效催化剂。这些工作对于锂空电池能量密度、功率密度、循环性能、循环效率的改善具有重大意义。
4.高功率大面积超级电容器纳米电极
超级电容器以高功率密度 (2000 W/kg) 及长期循环稳定性等优点被广泛应用于高耗能应用领域。电极材料可分为三类：碳基材料、过渡金属氧化物及导电聚合物。其中碳基材料以其优异的电化学稳定性及高比表面积而被广泛研究。本课题组利用物理微波等离子体化学气相沉积法 (MPCVD) 在泡沫镍集流体上直接生长不同形貌三维碳结构并表现出优异电化学性能。运用高能电子束轰击Ni板表面后氧化生成NiO纳米结构制备高比表面积超级电容器电极。
