化石燃料的枯竭以及分布不均已经导致了严重的环境和经济问题,开发清洁可再生能源成为解决这一问题的有效办法,而清洁可再生能源大多存在储存难、利用率低等问题,因此开发高效率能源储存与转化器件成为重中之重,具有安全环保、高循环稳定性等优良性能的超级电容器成为众多储能器件中最具潜力的一个。其中电极材料作为超级电容器的心脏,其性能的优劣很大程度上决定了超级电容器的性能,因此提升电极材料的性能成为研究重点。四氧化三钴（Co₃O₄）因低污染、低成本、高理论比容量作为超级电容器电极材料而被广泛研究,但因其低电导率的限制,循环稳定性差,实际比容量与理论值有较大的差距,因此如何提高实际比容量和循环稳定性仍是人们需要解决的问题。本论文设计并制备在泡沫镍基底上原位生长的沟壑网络四氧化三钴及其复合电极材料,不仅可保证电极结构的稳定性,还可增强四氧化三钴电极材料的导电性,提升电极材料的综合电化学性能。主要研究内容如下:（1）采用水热法以及退火处理在泡沫镍上原位生长沟壑网络Co₃O₄纳米线阵列,其特殊的沟壑网络结构将所有纳米线固定在泡沫镍上,提升了电极结构的稳定性。作为电池型超级电容器电极材料,表现出较高的比容量(582.8 C g^-1,电流密度为1 A g^-1),理想的倍率性能(在20 A g^-1时比容量保持率约为84.8%),出色的循环性能（在25,000次循环后比容量保持率为93.1%）。与AC组装成混合混合超级电容器,能量密度达到33.8 Wh kg^-1(功率密度为224 W kg^-1),并且在10,000次循环后具有74%比容量保持率。（2）对沟壑网络Co₃O₄纳米线结构进行硫化反应获得沟壑网络Co₃O₄@Co₃S₄核壳结构。当作为超级电容器电极材料,可得到1,347 C g^-1的比容量(电流密度为1 A g^-1)以及优异的循环性能（在15,000次循环后比容量保持率为80.2%）。与AC电极组装成混合超级电容器,表现出高的能量密度为44 Wh kg^-1(功率密度为160 W kg^-1),特别是在12,000次循环后具有93.1%的容量保持率。