超级电容器是一类绿色、高效、安全和长寿命的能源器件,具有显著的倍率和功率密度优势,在对功率输出和充放电速率有较高要求的启停装置、辅助动力电源、脉冲设备和便携电子产品方面有重要应用前景。电极材料是超级电容器电荷储存和传输的主体,设计高性能法拉第电极材料、优化电子、离子传质通道和结构韧性,并构建非对称电容器件是提高电容器储能容量、能量密度,循环寿命的关键,也是此领域研究开发的重点。金属硫化物是一类非常重要的法拉第电容材料,具有较高法拉第活性和较窄带隙能,是一类高比容电极材料。进一步合成双金属硫化物、异质结构以及复合物,可以通过不同元素或不同组分之间的相互作用提高电极法拉第活性,同时通过构建多级结构提高活性材料表面积、电子离子导电性以及结构韧性,有望全方位提高硫化物电极的储能容量、倍率和循环性能,从而制作高性能和长寿命的电容器件。本论文主要涉及不同结构双金属硫化物、异质结构硫化物以及硫化物复合物的设计合成及其在非对称电容器件方面的应用性能。此外,我们开展了氮掺杂碳质材料的合成、表征与电容性能分析,利用其双电层电容特性提高非对称电容器件的功率输出能力,具体研究内容主要包括以下几个方面:1、经过两步水热沉积在泡沫镍基底表面先后沉积CoNi₂S₄和石墨烯（rGO）形成CoNi₂S₄-rGO复合物活性电极,rGO在CoNi₂S₄阵列结构活性层表面的包覆处理能在不降低电极储能容量的同时明显改善电极材料的循环性能。该复合物电极能提供1988 Fg^-1(1 Ag^-1)的比容,同时具备良好倍率和循环稳定性。将该CoNi₂S₄-rGO电极与双电层的墨水碳电极组装成CoNi₂S₄-rGO//AC非对称电容器件,其电压窗口可拓宽至1.6 V,能提供52 Whkg^-1的能量密度和良好循环性能,可用作高能量密度和长寿命的电容器件。2、以泡沫镍为集流体和镍源,通过水热沉积在泡沫镍集流体表面沉积Co前驱体纳米纤维阵列前驱体,再经过一步硫化处理,形成Co₃S₄@Ni₃S₄多孔异质结构阵列复合物电极,该电极在2 M KOH电解质体系中能提供3.6 Fcm^-2的面积比容(0.8 mAcm^-2),良好倍率和循环性能;基于此异质结构多孔阵列电极构建的Co₃S₄@Ni₃S₄//PC非对称电容器件面积比容为0.513 Fcm^-2(2 mAcm^-2),该器件在面积功率密度1.39⁶3.3 mWcm^-2范围内的能量密度0.18⁰.035 mWhcm^-2,同时具有较慢的自放电行为和良好循环性能。3、采用水热反应和后续的硫化处理在泡沫镍集流体表面上先后沉积Co₃O₄和Ni₃S₄,形成了由交联层状初级单元组装的三维网状Co₃O₄@Ni₃S₄结构复合物活性层。电化学测试表明,Co₃O₄@Ni₃S₄纳米网电极比电容高达4.92 Fcm^-2(1 mAcm^-2),在30 mAcm^-2电流密度下比容仍能保持在0.94 Fcm^-2。4、采用富勒烯碳渣作为碳基体,通过不同氮源的掺杂和活化处理,制备出氮掺杂碳多孔微球材料。这类氮掺杂碳材料具有较高的电化学及电催化活性。在酸性电解质体系下测试了不同掺杂、活化处理温度以及氮元素含量对电容性能的影响,该氮掺杂碳材料比容可达230 Fg^-1(1 Ag^-1),可用作高容量碳质电极材料。