众所周知,能源与环境问题日趋严重,新能源的开发和新型储能装置研发迫在眉睫。超级电容器具有超高的功率密度和能量密度,是目前能源领域的研究热点,受到学术界越来越多的关注。超级电容器要有高的比电容、能量密度、功率密度以及优异的循环性能,这就对电极材料的选择和制备提出了很高的要求。近些年来,过渡金属氧化物得到了研究者们青睐,比如钴基氧化物(如CoO、ZnCo2O4等)纳米材料的理论比容量高,价格便宜,而且合成工艺简单。但是CoO低的电导率、低比表面积以及ZnCo2O4材料在化学反应过程中存在的机械脱落等问题,限制了它们在超电容领域的应用。本论文中,我们以纳米CoO和ZnCo2O4为研究对象,通过将金属氧化物纳米材料与导电材料复合的策略,设计合成了 Co/CoO核-壳三维纳米颗粒连通膜和ZnCo2O4/C复合纳米线阵列,提高了氧化物材料的导电性、比表面积等,获得了电化学性能优异的超级电容器正极材料。主要的研究内容和结果如下:(1)设计并在镍网基底上合成了 Co/CoO核-壳三维纳米颗粒连通膜,研究了 CoO壳层的厚度对Co/CoO核-壳纳米材料电化学性能的影响。通过简单的水热法、氢气退火、空气纯化等步骤合成了Co/CoO核-壳纳米材料,用控制空气钝化温度的手段调节CoO壳层的厚度,XRD、SEM、TEM、XPS等测试证明了 Co/CoO核-壳纳米材料的成功合成,核-壳结构纳米颗粒的尺寸没有明显的不同,直径在50-150 nm的范围,随着空气钝化温度的升高(50、100、150、200℃),CoO壳层的厚度增大(2.5 nm到16 nm)。电化学性能测试表明在钝化温度为150℃时制备的Co/CoO复合材料电极(Co/CoO-150)的电化学性能最优,其比电容可以达到6.08 F/cm2,而且倍率性能良好。分别以Co/CoO-150作为正极材料,活性炭作为负极材料,6 MKOH水溶液作为反应的电解液,组装成非对称超级电容器,该器件在2.03mW/cm2的功率密度下,能量密度可以达到0.51 mWh/cm2,而且该器件有很好的循环使用寿命,10000次循环之后,电容值保留了原来的85%。(2)设计并在镍网基底上成功合成了ZnCo2O4/C复合纳米线阵列,研究了碳沉积对样品性能的影响。结合简单的水热法和低温化学气相沉积法获得ZnCo2O4/C复合纳米线阵列。利用XRD、Raman、XPS、SEM、TEM等手段材料的结构、形貌和组成等进行表征,用电化学工作站测试样品的CV、GCD、EIS以及循环性能等。研究表明,ZnCo2O4纳米线阵列上沉积非晶碳,提高了ZnCo204纳米线阵列的导电性。电化学测试表明ZnCo2O4/C复合纳米结构的电化学性能更优,在1mA/cm2的电流密度下,ZnCo2O4/C的比电容可以达到3420F/g,几乎是纯ZnCo2O4纳米线阵列(1190F/g)的2倍,而且在大电流下ZnCo2O4/C依然有很好的循环性能,10000次循环后,保留了初始值的92.6%。以ZnCo2O4/C作为电容器正极,活性炭作为负极,6 MKOH作为电解液,纤维素纸作为隔膜,组装了非对称超级电容器器件(ZnCo2O4/C//AC),该器件在73.17W/kg的功率密度下能量密度为35.75 Wh/kg。此外,对该器件进行了 10000次的充放电循环测试,发现循环之后性能保留了大约73.3%。另外,非对称器件ZnC02O4/C//AC成功点亮了 LED灯泡,说明ZnCo2O4/C复合纳米线阵列是非常有应用前景的赝电容材料。