【摘 要】
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电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。本论文以超级电容器性能优化为目标,选取具有高比表面积、优异电学性能和力学性能的碳纳米管作为主体电极材料,分别通过原位生长和自组装的方法得到了高倍率性能、高容量、耐低温的碳纳米管复合电极,揭示了电极取向结构与三维开放式结构对倍率性能、容量和低温性能的影响。主要研究内容如下:（1）通过水辅助化学气相沉积法制备高纯度阵列碳纳米管,测试阵列碳纳米管电极在有机电解液中
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电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。本论文以超级电容器性能优化为目标,选取具有高比表面积、优异电学性能和力学性能的碳纳米管作为主体电极材料,分别通过原位生长和自组装的方法得到了高倍率性能、高容量、耐低温的碳纳米管复合电极,揭示了电极取向结构与三维开放式结构对倍率性能、容量和低温性能的影响。主要研究内容如下:（1）通过水辅助化学气相沉积法制备高纯度阵列碳纳米管,测试阵列碳纳米管电极在有机电解液中的电化学性能。采用扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱等表征手段研究其形貌结构特征;通过对比无序碳纳米管薄膜的电化学性能和形貌结构,明晰碳纳米管电极的取向结构对倍率性能的影响。阵列碳纳米管超级电容器在低温下展现了优异的性能,获得-50℃下43 Wh kg-1的高能量密度和40 k W kg-1的高功率密度。（2）通过电化学沉积法制备MnO2/阵列碳纳米管复合电极,分别测试该电极在水系电解液和有机电解液中的电化学性能。采用扫描电镜、拉曼光谱、X射线衍射等表征手段研究其形貌结构特征;通过对比MnO2/泡沫镍电极的电化学性能和形貌结构,分析了MnO2/阵列碳纳米管复合电极高容量和高倍率性能的内在原因。研究了载量和MnO2/阵列碳纳米管复合电极容量之间的关系,最终在25 mg cm-2的高载量下获得了5.05 F cm-2的高面积容量,然而MnO2/阵列碳纳米管超级电容器的低温性能不佳。（3）通过自组装法制备Ti3C2/绳结结构碳纳米管复合电极,测试该电极在有机电解液中的电化学性能。采用扫描电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等表征手段研究其形貌结构特征,揭示了复合电极三维开放式结构对容量和倍率性能的影响。通过调节碳纳米管含量（5%至34%）,明晰碳纳米管含量与Ti3C2/绳结结构碳纳米管复合电极容量和倍率性能之间的关系。基于Ti3C2/绳结结构碳纳米管复合电极的非对称超级电容器在低温下展现了优异的性能,获得了基于二维材料超级电容器的最高电压值（4.2 V）,最终在-30℃下获得59 Wh kg-1的高能量密度和9.6 kW kg-1的高功率密度。
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