超级电容器作为一种介于电池和传统静电电容器之间的高效储能装置,具有功率密度高、可快速充放电、循环寿命长等优点,被广泛应用于移动通信、消费电子、航空航天等诸多领域,近年来,其在电动汽车领域也表现出巨大的应用价值和市场潜力,因而受到了越来越多的研究重视。电极材料是超级电容器的核心部分,直接决定其综合性能。纳米过渡金属硫属化合物具有很高的理论比电容和较低的电阻,是一类很有应用前景的超级电容器电极材料。本论文采用具有三维多孔结构的高导电泡沫镍为基底,成功构筑出了几种独特的三维纳米阵列结构,相比于传统粉体电极材料,这种在泡沫镍上直接生长的纳米阵列结构集成电极具有独特的几何/形貌特点以及优异的电化学性能。一方面,与高导电泡沫镍基底紧密接触的纳米阵列具有更大的反应活性面积,同时可以为电子提供更多的快速传输通道;另一方面,这种纳米阵列结构集成电极的设计避免了后续复杂的电极加工过程,同时不使用粘接剂,大大降低了电阻。本论文旨在设计开发出简便且有效的合成方法,在3D泡沫镍上设计制备出几种具有不同成份、形貌和维度的过渡金属硫属化合物纳米阵列结构,并直接用作超级电容器的电极,系统研究其超级电容器性能及电化学储能机理,主要研究内容如下:(1)采用水热反应和离子交换的合成方法,在泡沫镍基底上成功制备出了自支撑的Co9S8和Co0.85Se一维纳米阵列结构。这两种电极材料均表现出很高的比电容(当电流密度为4Af时,Co9S8纳米针束阵列结构和CoG.85Se纳米管束阵列的比电容分别为1400 Fg-1 和 1394 Fg-1;电流密度 2 nmAcm-2 时,面电容分别为 3.34 F cm-2 和 3.28 Fcm-2。)和优秀的循环稳定性能。(2)以泡沫镍为反应原料及基底,采用两步水热反应制备出Mn、Co双掺杂的二维硫化镍纳米片阵列(Mn,Co-Ni3S2)。该纳米片阵列结构主体成分为Ni3S2,通过调节Mn、Co离子的掺杂量,可以有效的改进电极材料的电化学性能。系统研究表明,当Mn2+和Co2+用量分别为1 mmol和0.5 mmol时,电化学性能达到最佳,在2 mA cm-2电流密度下面电容达到4.0Fcm-2,同时经过2000次循环充放电后,比电容仍可以保持在90%以上。(3)在上述两项一元过渡金属硫化物纳米结构阵列研究的基础上,进一步在泡沫镍基底上设计制备出了 Mn元素表面掺杂修饰的双金属二元硫化物NiCo2S4二维纳米片阵列结构。该集成复合电极表现很好的结构稳定性和综合电化学性能,同时通过改变反应体系中Mn2+的用量,可以对其电化学性能进行有效调节,研究结果表明,当反应体系中Mn2+用量为1 mmol时,电极材料(1 M-NiCo2S4)的综合电化学性能达到最佳,2 mA cm-2电流密度下面电容高达4.6Fcm-2,高于单独的NiCo2S4纳米片阵列电极材料及本文中Co9S8,Co.85Se,Mn,Co-Ni3S2单金属硫化物电极,同时具有优异的循环稳定性能。(4)以泡沫镍上1 M-NiCo2S4纳米片阵列为电极材料,设计制造了以法拉第赝电容为主的对称式超级电容器。该超级电容器电化学性能优异,在4 Ag-1电流密度下比电容达到了 560 F g-1(面电容2.0 Fcm-2)。在MATLAB软件中建立由超级电容器和蓄电池并联组成复合电源对起动机起动模型,模拟复合电源对起动机起动过程。仿真结果表明,超级电容器的并联加入有利于保护蓄电池,增强起动效率。