随着现代社会对能源需求的增加,人们对大容量高功率储能设备的要求也越来越高。纳米材料由于其具有的小尺寸效应,量子尺寸效应,表面效应和宏观量子隧道效应而受到人们的广泛研究,并在现代社会的各个领域得到大量的应用,同时也被视为下一代储能器件的关键性技术。在各种纳米材料中,纳米阵列材料,由于其相比于其它纳米结构有着更为优异的性能而受到研究工作人员的广泛关注,并被视为未来能源技术领域的重要研究方向。纳米阵列材料所具有的特性有:(1)能提供直接的电子传输通道,提高电极材料的导电性;(2)减少离子在活性物质中的扩散距离,增强材料的倍率性能;(3)极大的比表面积,增加电极材料与电解液的接触面,减少充放电时间;(4)更稳固的结构,能承受更大的体积膨胀和机械降解;(5)直接生长在集流体上,能省去导电添加剂和粘结剂的使用;(6)其较为松散的结构和形貌较易于构建更多种类的复合材料,并在不同材料之间产生协同效应;(7)相比于粉体材料,纳米阵列材料有着更稳固的结构,因而会对环境产生的影响更小,而且更加安全。同时纳米阵列材料还存在许多的缺陷,严重的制约了其在储能器件方面的大规模应用。相比于其它纳米材料,纳米阵列材料的制备过程相对更加复杂,制备成本更加高昂,不利于大规模生产;而且阵列材料在一维尺度上受到限制,使得阵列材料只能作为薄膜材料使用。在本论文中,我们通过探索不同阵列材料的生长过程,着力于克服其在制备与一维尺度上的困难与限制,以及通过特殊的方法将那些不能生长出纳米线阵列的材料制备成纳米线阵列的形貌。此外我们同时还进一步的研究如何提高电极材料的性能,是得其能够进一步的被大规模实际应用。本文的主要研究工作有以下几个方面:1、利用水热法,我们首先在碳布基底上得到了生长均匀的MnO2纳米片薄膜。同时针对MnO2材料性能的不足与缺陷,设计了新型的MnO2/PPy复合纳米薄膜材料。通过对其导电性的改善而提高了其电化学稳定性与倍率性能,通过对MnO2纳米材料在不同条件的电解质下所装配的电容器进行阻抗分析,我们得到了实验性能最好的H3PO4/PVA凝胶电解质。该电解质不仅对氧化锰的性能有一定的帮助,同时还使得MnO2/PPy复合材料的实际应用更有优势。得益于电极材料的优越性能与电解质的稳定,该准固态超级电容器的最高能量密度可以达到2.04 μWh cm-2,同时其最高功率密度可以达到0.432mWcm-2,表现出了优异的电容性能。该电容器同时在0.8 V高电压的条件下稳定循环1000次之后,仍能保持93.2%的初始容量,进一步证明了MnO2/PPy复合纳米薄膜材料有着极其稳定的电化学性能。2、我们通过对ZnO生长机理的研究,利用晶体成核与生长的特性,成功的掌握了 ZnO纳米线阵列可控生长的方法,并能得到几十微米长的超长ZnO纳米线阵列。然后通过进一步实验,我们成功的在ZnO纳米线阵列的表面装载了大量的MnO2活性物质。通过研究MnO2生长的条件以及随后样品的电化学性能,我们成功的筛选并得到了有着超高面积比容量的ZnO/MnO2复合纳米线阵列材料,极大的提高了 MnO2材料在超级电容器方面的实用性。通过进一步的电化学测试,我们证实了该材料优异的电化学性能。该电极材料有着最大112mF cm-2的超高容量,并有着较为优异的电化学稳定性,在1000次循环后仍然能保持81mF cm-2容量。远高于一般薄膜电极的超高容量,使其更具有商业应用的价值。3、通过巧妙的设计,我们利用简单的水热法及电沉积法制备合成了 Ti02-Mo03核壳纳米线阵列电极材料。TiO2-MoO3核壳纳米线阵列由于其独特的形貌,其各个材料之间的协同效应有:(1)Ti02材料在锂电池充放电过程中(即使是在高倍率电流密度下)表现出优异的结构稳定性,其体积膨胀在反应过程中几乎没有,因而作为支柱材料可以极大的提升MoO3材料整体的循环稳定性和倍率性能;(2)MoO3纳米壳层材料,能提供相对较大的容量和较高的电导性;(3)阵列结构设计能简化电极材料的制备过程,以及提供活性材料与集流体之间直接的电子传输渠道;(4)三维电极结构的设计极大的提高电极材料在单位面积上负载的活性物质质量。当Ti02与MoO3的质量比为1:1时,TiO2-MoO3核壳纳米线阵列的质量比容量能达到670 mA g-1,循环稳定性能达到200次以上,以及其面积比容量能达到3.986 mAh cm-2,其性能能比的上一般的商用锂离子电池。同时我们还利用TiO2-Mo03核壳纳米线阵列负极材料与LiCoO2薄膜正极材料相搭配组装了全电池设备,该电池的最大能量密度可以达到285 Whkg1,同时其最大的功率密度可以达到1086W kg-1,其优异的性能具有较大的实用性,同时其复合模式也能应用在其它的纳米材料上。