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随着清洁能源需求的增长，以有机太阳能电池和锂离子电池为代表的新能源器件在解决能源和环境问题上发挥着日益重要的作用。然而目前，制约新能源器件发展的核心问题是如何提高材料及器件的稳定性。围绕有机光伏和锂电池的电极材料设计与性能提升，已成为新能源领域的研究热点。金属氧化物电极材料因其廉价易得、来源丰富、环境友好、可溶液加工，并且有着优良的光电性质与电化学活性等优点，引起了人们的广泛重视。为此，开发高性能的新型金属氧化物基电极及界面材料，提高器件的性能与稳定性，推动它们在能源转换和存储中的应用具有重要意义。本论文针对新能源器件中传统电极材料的局限性，设计与制备了一系列结构新颖、性能优良的金属氧化物基电极与界面材料，并考察了它们在有机太阳能电池、锂离子电池中的应用。从界面科学的角度，探索电极和界面材料的结构调控与性能优化，通过研究材料结构与性质以及器件各参数的变化，揭示电极材料与器件性能之间的内在构效关系。论文的主要内容和结果概括如下: 围绕有机光伏稳定性差的难题，本文采用溶胶-凝胶法构筑了一系列新型胶粒或山脊状ZnMgO电子传输材料。以该类三元氧化物半导体薄膜充当阴极界面层，利用它们优异的光电性质和稳定性，成功实现了兼具高效率和长期稳定性的有机太阳能电池。与未使用阴极界面层的器件相比，使用ZnMgO阴极界面层后，器件的光电流显著增强、暗电流大幅降低，光伏性能获得全面提升。研究显示，基于ZnMgO阴极界面材料的倒置结构器件具有优异的稳定性，其能量转换效率在长达1年后仍保持初始值的84％-93％，明显优于常规的正置结构器件。与传统的ZnO界面层相比，ZnMgO界面层能将器件效率从7.89％提高至9.39％，并在半年和一年后仍然高达8.25％和8.06％，是当前兼具高效率且长期稳定性有机太阳能电池的最好结果之一。器件的优异性能主要归因于ZnMgO界面层材料在器件中能有效促进电子攫取与传输、抑制漏电和减少载流子的界面复合，进而提高电池的效率和稳定性。鉴于该类电极界面材料在构筑低成本、高效率、长寿命有机太阳能电池中的良好潜力，它们可以进一步拓展应用到其他光伏领域。 针对有机光伏半透明器件的应用需求，本文发展了高透明的ZnMgO-氧化铟锡(ITO)阴极和半透明的薄膜式MoO3/Ag阳极，并将此电极组合用于有机聚合物/富勒烯本体异质结体系，成功获得一系列高效率、长寿命的半透明有机太阳能电池(STOSCs)。这些半透明器件表现出高能量转换效率(6.83％-8.15％)，可调的平均可见光透光率（21.6％-3.8％）和接近白光的良好透明色知觉性能。由于相结合的ZnMgO-ITO阴极和MoO3/Ag阳极，具有自我保护和原位封装的双重功能，可以有效屏蔽环境中氧气和水分子对器件的干扰，使得STOSCs具有优异的稳定性和超长器件寿命。器件在空气环境中存储2个月后仍保持初始效率的90％以上。即使经过1年和2年的存储，STOSCs也分别具有7.08％和7.02％的高效率。该结果不仅代表了长寿命STOSCs的最高效率，也为集成式智能光伏发电窗口的实际应用提供了可行的透明电极材料及其半透明器件的新选择。 为了解决传统金属氧化物负极材料容量快速衰减和循环不稳定的问题，本文采用叶状CuO纳米带为线模板，通过原位化学氧化聚合设计合成了一系列聚吡咯(PPy)壳层可控的CuO/PPy纳米复合负极材料，并对材料的结构、形成机制以及在锂离子电池中的应用进行了系统研究。结果显示，吡咯单体的聚合时间对CuO/PPy纳米复合物的壳层结构和储锂性能具有重要影响。随着聚合时间延长，含量增加的掺杂态PPy颗粒沉积与涂覆在CuO纳米带表面，使得CuO/PPy纳米复合物逐渐形成标准的核壳结构，复合材料的充放电比容量和循环稳定性也获得显著提升。对于3h聚合制备的核壳结构CuO/PPy纳米复合负极材料，其初始和可逆比容量可分别提高至1114和760mAh g-1，远高于相应非核壳结构纳米复合物和单纯CuO纳米带的性能。该类纳米复合负极材料的性能提高，主要得益于金属氧化物/导电聚合物无机-有机核壳结构的形成，使之兼具优良的结构稳定性和电学/电化学性质。该结果表明在金属氧化物电极表面引入导电聚合物涂层并合理调控，有益于提高电极材料的储能性质。