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超级电容器具有高功率密度、充放电速度快、循环寿命长等特点,是一种极具潜力的储能元件,受到研究者的广泛关注。电极材料是超级电容器的重要部分,决定着电容器的电化学性能。钒基材料因其理论比容量高、资源丰富、价格相对低廉等优点,是一种理想的超级电容器电极材料。但常见钒基材料导电性差致使超级电容器比容量偏低、结构不稳定而导致其循环稳定性差,限制了钒基材料的应用。本文将常见钒基材料构筑为三维(3D)结构,同时掺入电导率高的物质,以提高材料电化学性能,从而提高材料的超电容性能。主要研究内容如下:本文采用水热法将商品化V2O5粉末制备为3D纳米材料。通过SEM形貌表征发现,该纳米材料是由纳米短棒组装而成,形成了如珊瑚状的形貌。XRD和FT-IR等分析表明,产物成分是V2O5。氮吸附仪测得该材料的比表面积高达42.6 m2/g,平均孔径为18 nm。电化学性能测试表明,V2O5纳米珊瑚在电流密度为0.3 A/g时比容量高达414 F/g;充放电循环3000次后还能保持约70%的比容量。本文通过溶胶-凝胶法与水热法联用,合成了层次化的VOx纳米微球,其含有质量分数为86.2 wt%的V6O13和13.8 wt%的VO2。V6O13具有金属特性,室温下具有良好导电性,因此显著提高了VOx纳米微球的电化学性能。VO2纳米片以V6O13纳米带为骨架超枝化生长,形成了一种富有层次化纳米微球,直径约为5μm,内部疏松多孔。其比表面积高达51 m2/g,平均孔径为16 nm,属于介孔范围。将VOx纳米微球组装为对称型超级电容器,其比容量在电流密度为0.6 A/g时高达456 F/g(3.09 F/cm3),能量密度高达22.8 Wh/kg(0.16 mWh/cm3),最大功率密度可达1.2k W/kg;循环稳定性良好,循环2000次后仍可保持初始比容量的65%。本文以十二水原钒酸纳(Na3VO4·12H2O)和硫代乙酰胺(C2H5NS)为原料,采用水热法合成了三维纳米材料——VS2纳米花。通过研究不同原料质量之比、前驱体中原料的质量浓度、水热温度等对材料形貌的影响规律,得到了合成VS2纳米片微球的最佳条件:Na3VO4·12H2O与C2H5NS质量比为1:3、原料在前驱体溶液中的浓度0.12 g/mL、水热温度为140℃。该纳米花是由VS2纳米片通过褶皱卷曲而形成的。将其作为超级电容器电极材料时,在电流密度为0.3 A/g时VS2纳米花的比容量可达211 F/g;在电流密度增大到1.0 A/g时比容量还能保持74%,说明该材料倍率性能较高。但该材料循环性能较差,循环500次后比容量降到了50.6%。