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超级电容器具有高功率密度和卓越的稳定性,在载重汽车、交通运输和国防等领域的应用前景性巨大。但低的能量密度限制了其大规模应用。因此,在保持高功率密度的优势下,制备高电压窗口且电容匹配的电极材料以提高器件的能量密度显得尤为重要。在众多电极材料中,过渡金属氧化物具有高电压窗口和高理论比电容等优点成为了研究热点。本论文采用水热法合成并调控了不同过渡金属氧化物电极材料(Fe2O3,MnO2与V2O3)并用于超级电容器。主要研究内容包括:(1)MnO2具有成本低廉、环境友好、来源丰富和电压窗口宽等诸多优点成为热门的超级电容器电极材料。但较差的导电率和稳定性限制了其在超级电容器中广泛应用。本论文以中空的Fe2O3纺锤体为基底,通过水热法在其表面生长MnO2纳米片,最终得到中空松果状的Fe2O3/MnO2纳米异质结构(Fe2O3/MnO2 NHs)正极材料。该设计方法具有以下优点:1)高氧还原性的两种材料(Fe2O3和MnO2)有序的结合增加了电极材料的电容值;2)以空心的Fe2O3纺锤体作为导电基底降低了 Fe2O3/MnO2 NHs电极的内阻,提高了导电率和电压窗口;3)电子在中空分层结构的Fe2O3/MnO2NHs电极中容易传输,提高了电荷的库伦效率。最后,制备的Fe2O3/MnO2 NHs电极拥有宽的电压窗口(0-1.2 V),优异的比电容(在1 Ag-1的电流密度下比电容为297 Fg-1)和倍率性能(在100 A g-1电流密度下比电容为148 Fg-1)。通过与相近的比电容值(在1 A g-1的电流密度下比电容为274 F g-1)和相匹配的电压窗口(-1.1-0 V)的还原氧化石墨烯/Fe2O3(rGO/Fe2O3)气凝胶电极组装成水系非对称超级电容器。该Fe2O3/MnO2//rGO/Fe2O3器件表现出宽工作电压窗口(0-2.4 V),高能量密度(57.0 Whkg-1)和出色的循环性能(在10Ag-1的电流密度下循环10000次后电容保持率为原始电容的88.9%)。(2)为降低成本,本论文简化步骤合成了一种既可作正极又可作负极的超宽电压窗口的电极材料。具体地说,先一步水热法合成V2O3碳纳米球,后经低温空气退火得到中空的V2O3纳米球电极。该设计方法具有以下优点:1)碳层的引入增加了材料的导电性和稳定性;2)空心的结构赋予材料高比表面积和电解质离子快速传输,从而提高了材料的电化学性能;3)合成方法简单同时具有普适性。最终,该V2O3电极在三电体系从-1.1 V-1.3 V的电压窗口下表现出高达708.6 F g-1的比电容。在电流密度扩大到原来的100倍(100 Ag-l)后,由于其稳定的结构仍然保持着37.4%的原始容量。该对称扣式器件和平面微型器件分别具有96.8 Wh Kg-1(功率密度为1204.6 W Kg-1)和11.0 μWh cm-2(功率密度为121.7 μWcm-2)的能量密度。扣式器件在10Ag-1电流密度下循环10000次后,电容保持率为原始电容值的93.68%,库伦保持率为97.3%,表明其优异的循环稳定性。