超级电容器作为新一代的储能装置由于具有快速充放电、高功率密度和出色的循环稳定性等特点,得到了广泛关注。但是由于相对较低的能量密度,限制其在很多领域的独立应用。为此,科研人员希望通过从电极材料和电解液等方面着手,在确保不过多降低功率密度的前提下来提高超级电容器的能量密度。对于超级电容器电极材料的制备,需要对电极的储能机制、电子和离子的传输途径、电化学活性点等方面有深入的理解和掌握。纳米尺度的材料由于可以实现快速的氧化还原反应和降低离子传输路径并同时拥有高比表面积可以提高电化学活性点,成为制备超级电容器电极材料的热门候选对象。其中金属氧化物纳米材料有较大的理论比电容,具有很高的应用前景。本论文旨在使用简便且有效的合成方法,设计制备出几种具有不同成份、形貌和维度的金属氧化合物纳米材料用于超级电容器电极材料,主要研究内容和结果如下:1.采用水热反应和高温退火将尖晶石型金属氧化物ZnCo₂O₄纳米活性材料原位生长在泡沫镍上,并通过控制前驱体溶液中NH₄F的添加量,获得了ZnCo₂O₄四种不同的形貌。以ZnCo₂O₄-2/NF为正极,AC/NF为负极,组装得到纽扣式非对称超级电容器ZnCo₂O₄-2/NF//AC/NF。当NH₄F的添加量为5mmol时,所获得的薄纳米针团簇具有最高的面积比电容。在电流密度为5 mA/cm²下,面积比电容为2.77 F/cm²。基于正负两个电极的总面积,纽扣式非对称超级电容器的最大能量密度达到114.49μWh/cm²,相应的功率密度达到4001.59μW/cm²。同时功率密度达到24000μW/cm²时,对应的能量密度为80μWh/cm²。2.采用水热反应和高温退火将ZnCo₂O₄超薄弯曲纳米片生长在泡沫镍上。ZnCo₂O₄超薄弯曲纳米片的一种可能的生长机制是利用十二烷基硫酸钠（SDS）分子链亲水一端吸附Zn²⁺和Co³⁺离子成核,活性物质在成核后沿着链生长,这些链聚集在一起,在反应溶液中形成超薄的弯曲纳米片。ZnCo₂O₄-UTCS/NF电极在电流密度为5A/g时质量比容量可达到832 C/g,在电流密度为15 A/g时可达737 C/g,具有出色的倍率性能。ZnCo₂O₄-UTCS/NF电极有好的循环稳定性,在电流密度50 A/g下循环5000次后比容量保留了初始容量的85.5%。将ZnCo₂O₄-UTCS/NF和AC/NF分别作为正极和负极组装了电压窗口为1.7 V的扣式非对称超级电容器器件。该器件在功率密度为855 W/kg时的能量密度为20.31 Wh/kg,在功率密度为4.25 kW/kg时能量密度为10.2Wh/kg。在电流密度5A/g下经过5000次循环后容量保持初始容量的87%。3.制备Na离子预掺杂和氧空位存在的MnO₂(NaMnO_2-x)作为超级电容器电极材料。NaMnO_2-x电极在三电极测试体系下电压窗口可以达到1.2 V且不会产生明显的析氧反应。使用1M Na₂SO₄作为水系电解液,NaMnO_2-x/NF和AC/NF分别作为正极和负极组装的水系扣式非对称超级电容器器件电压窗口可扩展到2.4 V。在电流密度为1A/g时,NaMnO_2-x/NF电极可提供215 F/g的质量比电容。所制备电极具有高倍率性能和出色的循环稳定性,同时在电流密度2A/下循环2500次后,比电容保持了初始电容量的95.5%。在电流密度为1A/g下,器件的能量密度和功率密度分别为28.56 Wh/kg和1246W/kg。