传统的超级电容器电极材料主要包括碳基材料、金属氧化物和导电聚合物。其中,金属氧化物和导电聚合物均属于赝电容材料。传统的赝电容材料存在成本较高、利用率低、循环性能差等缺点,一定程度上制约了它们的实际应用。随着环保型电动汽车等新兴能源产业的兴起,对高性能的电容器电极材料提出了更高的要求。赝电容电极材料的性能与其结构、晶相、组成、形貌、尺度、维度、电极体系等密切相关。新结构、新体系的赝电容电极材料具有离子迁移速度快、反应活性高、活性物质利用率高等特性,与传统赝电容材料相比表现出更大的发展潜力。本学位论文旨在设计合成新型的赝电容材料,并作为超级电容器的电极材料,研究它们的结构、晶相、尺度、维度、形貌、体系等与其电化学电容性能之间的关系,为研制新型高性能超级电容器提供理论指导。1.采用溶剂热法合成由片状粒子聚集而成的V205空心球,并采用XRD、SEM、TEM等表征手段,以研究不同的制备温度对材料结构、晶相、尺度、维度、形貌的影响。在此基础上,构建了水系含锂电解质体系,对这些材料进行了循环伏安测试,并发现V2O5空心球具有明显的赝电容效应。电化学测试表明,本实验体系下的V2O5空心球尽管具有很大的赝电容容量,但循环稳定性较差。为了进一步提高其循环性能,我们采用低温聚合导电聚吡咯的方法合成了空心球状的V205-PPy复合物,并考察了它们的性能。结果表明,这种复合物不仅具有很大的赝电容比容量,而且循环稳定性有了明显改善。这可能是因为复合聚吡咯后,表面包覆的聚吡咯不溶于水,从而减少了电极材料与电解液的直接接触,抑制了循环过程V2O5溶于电解液。同时,复合后的电极材料电化学反应阻抗明显降低,使得电极表面电子传导的速率加快,从而表现出良好的性能。2.采用无添加剂的CV电沉积方法,首次在泡沫镍基底上制备多孔结构的MnO2纳米片,并控制合适的反应时间得到高负载量的MnO2沉积层。同时,基于各种表征手段,考察了不同沉积时间对材料的结构、组成、形貌等的影响,并测试其电化学电容性能。测试结果表明,本实验合成的高负载量的MnO2电极表现出优良的电容器性能,这可能与其自身的多孔性、纳米结构及基底本身的高电导率、多孔结构等有关。这些因素为电极表面的法拉第反应提供了快速的离子扩散和电子传输,提高了活性物质的利用率,从而使得高负载的MnO2电极表现出了优良的电化学电容性能。3.以高浓度的碱液和商用Ti02(P25)为原料,进行简单的水热反应后,用离子交换的方法,合成了钛酸盐纳米管(H2Ti307)。这种纳米管具有独特的层状结构和较大的比表面积,并首次被用于超级电容器电极材料。电化学测试表明,该材料具有较大的可逆比容量、优异的倍率性和良好的循环稳定性。这些优良的性能可能与该材料的固有特性密切相关。较大的层间距为电解液渗透提供了传输的通道,薄的壁厚可以缩短离子扩散的路径。同时,大的比表面积为电解液的存储及电极表面的氧化还原反应提供了更大的空间。4.以对苯二甲酸和无机镍盐的混合溶液为前躯体,经过简单的反应后,得到了层状结构的镍基金属有机框架。通过控制反应时间得到两种不同暴露面的Ni-MOF,并首次将它们用作超级电容器电极材料。电化学测试结果表明,暴露(100)面的Ni-MOF比暴露(O2O)面的材料表现出了更好的电化学性能。这可能是因为(100)面上不仅仅有电子传输的路径,更有离子扩散的通道,而扩散过程又是整个电化学反应的控制步骤,因此,前者更具有结构上的优势。5.以无机锌盐为添加剂,在Ni-MOF反应体系中,合成了掺杂不同Zn含量的Ni-MOF。这些掺杂材料的形貌趋于球形,但仍然保持了 Ni-MOF本身的层状结构,并且具有更大的层间距。这种Zn掺杂的Ni-MOF首次被作为超级电容器电极材料,展现比Ni-MOF更高的比容量,且具有良好的倍率性和循环稳定性。材料的优良性能可能与其固有特性有关。扩大的层间距可以提供更快的离子扩散通道,并能够充分地满足电极表面氧化还原反应的需要,从而提高了活性材料的利用率。