摘要: 近年来，随着化石能源危机和环境污染问题日益加剧，开发可再生清洁能源以及配套的新型储能装置意义非凡。其中，超级电容器凭借充放电速率快，功率密度高，使用寿命长、维护成本低且安全可靠等优点而备受关注，并已广泛应用于诸多领域。考虑到电极材... 展开 近年来，随着化石能源危机和环境污染问题日益加剧，开发可再生清洁能源以及配套的新型储能装置意义非凡。其中，超级电容器凭借充放电速率快，功率密度高，使用寿命长、维护成本低且安全可靠等优点而备受关注，并已广泛应用于诸多领域。考虑到电极材料是影响超级电容器整体性能的根本因素，探索同时具备比容量和倍率性能高、能量密度和功率密度出色、成本低廉且使用寿命长等优点的高性能电极材料势在必行。本论文通过软化学方法合理地设计并制备了一系列基于双金属化合物的功能纳米复合材料，并系统性地研究了其作为超级电容器电极材料时的电化学性能。深入探讨了所制备纳米复合材料的结构、形貌、组成与其电化学性能之间的构效关系。具体内容如下: (1)铁酸锰/炭黑/聚苯胺三元复合材料的制备及其电化学性能研究 通过简便的两步法成功制备出铁酸锰/炭黑/聚苯胺三元纳米复合材料(MCBP):通过溶剂热反应将小尺寸MnFe2O4纳米粒子均匀负载于酸化改性的炭黑表面，随后通过原位聚合的方式均匀包裹聚苯胺薄膜。材料表征结果表明，MCBP三元复合材料具有独特的强耦合纳米结构。与相应单组分材料以及二元复合物相比，MCBP三元复合材料展现出显著增强的电化学性能，如卓越的倍率性能和优异的循环稳定性。基于MCBP三元纳米复合材料组建的对称型超级电容器器件也具备了优异的倍率性能、出色的长循环寿命以及循环稳定性。 (2)炭黑/钴酸镍复合材料的制备及其电化学性能研究 通过包含化学共沉淀与后续热处理在内的简便两步法，成功制备出炭黑/钴酸镍纳米复合材料(CB/NCO)。材料表征结果表明，所得复合材料中的NiCo2O4组分以高分散小尺寸纳米粒子的形式稳定存在且与炭黑基底强力耦合。与单独的NiCo2O4相比，CB/NCO纳米复合物在比容量和倍率性能方面均体现出明显的提升。分别以CB/NCO纳米复合物和活性炭(AC)作为正负极材料构建了水系非对称型超级电容器器件(CB/NCO//AC)。该器件展现出较高的能量密度和功率密度，同时具有优异的长循环寿命和循环稳定性。 (3)泡沫镍载镍钴双氢氧化物纳米片阵列的制备及其电化学性能研究 在不添加任何碱源的情况下，通过一步溶剂热反应结合前驱体原位水解的简便方法成功制备出一系列醋酸根离子插层的镍钴双氢氧化物(A-NiCo-LDHs)。相应地，将A-NiCo-LDHs纳米片阵列直接生长于泡沫镍基底上构建出一系列无粘结剂复合电极(A-NiCo-LDH/NF)可以直接用作超级电容器的电极，避免了聚合物粘结剂和导电添加剂的使用。受益于其特殊的形貌结构以及组分间显著的协同效应，A-NiCo-LDH/NF复合电极与相应的粉末样品相比具有显著增强的电化学性能，包括高比容量、优异的倍率性能以及出色的长循环稳定性。 (4)泡沫镍载镍钴硫化物纳米片阵列的制备及其电化学性能研究 本文通过简便的两步法成功构建了由相互交联的镍钴硫化物(NiCo-S)纳米片阵列生长于泡沫镍基底上形成无粘结剂复合电极(NiCo-S/NF)。其中，NiCo-S/NF复合电极是利用前文中的A-NiCo-LDH/NF复合电极作为前驱体通过溶剂热反应原位硫化制得。受益于特殊的高开放度纳米结构以及组分间显著的协同效应，性能最优的Ni1Co1-S/NF复合电极展现出超高的比容量、出色的倍率性能以及优异的循环稳定性。分别以Ni1Co1-S/NF复合电极和氮掺杂石墨烯(NG)作为正负极构建了水系非对称型超级电容器器件(Ni1Co1-S/NF//NG)。电化学测试结果表明，该器件具有可观的高能量密度和功率密度，同时具有卓越的长循环寿命和循环稳定性。 收起