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超级电容器,又叫做电化学电容器,是近几十年逐渐发展起来的一种新型的能量存储和转换器件。超级电容器具有比容量高、能量密度和功率密度高、充放电时间短、使用寿命长等优点,在人们迫切需求清洁、高效、可持续利用能源的今天,超级电容器的众多优点使其在现实生活中获得了广泛应用。超级电容器由电极材料、隔膜、电解液三个主要部分组成,其中,电极材料是整个超级电容器器件的核心部分,直接关系着超级电容器的电化学性能和使用寿命。超级电容器的电极材料主要分为两大类:一类为以双电层电容为主的一系列碳材料,包括活性炭、炭气凝胶、碳纤维、模板多孔碳、碳纳米管、石墨烯等;另一类是以过渡金属氧化物和导电聚合物材料为主的赝电容电极材料,包括RuO2,NiO/Ni(OH)2,MnO2,Co3O4,V2O5和聚吡咯,聚苯胺,聚(3,4-乙撑二氧噻吩)等。本论文采用制备得到的纳米多孔Ni薄膜为基底,结合纳米材料制备的方法,构建了纳米多孔NiO薄膜、LaNiO3掺杂的介孔NiO薄膜、以纳米多孔Ni薄膜为基底制备的V2O5纳米线和纳米圆片以及SWNTs@MnO2/PPy高性能超级电容器电极材料。上述电极材料均具有较大的比表面积、合理的孔径分布、良好的导电性,可以不使用有机粘接剂而直接作为电极材料来使用,表现出了良好的电化学性能。具体研究内容如下:(1)通过电化学沉积的方法制备了Ni-Zn二元合金,然后用直流腐蚀和脉冲腐蚀两种去合金化方法分别制备得到了NiO薄膜电极材料。通过一系列的测试可以发现,脉冲腐蚀去合金化得到的NiO薄膜电极材料比直流腐蚀去合金化得到的NiO薄膜电极材料具有更好的电化学性能。脉冲腐蚀去合金化得到的NiO薄膜电极材料的最大比电容为1776 F g-1,经过1000次循环之后,比电容仅损失2.1%。(2)通过液相外延的方法在多孔Ni薄膜基底上制备了具有良好的均匀性,如菊花绽放的形状,排列紧密的多孔V2O5纳米线。纳米线的直径约为30-150 nm,表面积为189.6 m2 g-1,孔径分布在5.13 nm附近。制备得到的多孔V2O5纳米线可以直接作为超级电容器电极材料,而不需要使用有机粘接剂,在1 A g-1的充放电电流密度下,其比电容最大值为832 F g-1。(3)通过简单的方法在多孔Ni薄膜基底上制备了多孔V2O5纳米圆片,纳米圆片紧密的平铺在多孔Ni基底表面,具有良好的结构,基本呈现圆柱状,样品的直径约在100-160 nm之间,厚度为20 nm。制备得到的V2O5纳米圆片可以直接作为超级电容器电极材料,而不需要使用有机粘接剂。在1 A g-1的电流密度下,比电容值为713 F g-1,当电流密度增大到100 A g-1时,依然可以得到相对于最大值66%的比电容值。(4)通过溶胶-凝胶法,使用PEG 1000作为模板,制备了厚度约为200 nm的LaNiO3/NiO介孔薄膜。在650℃下退火的LaNiO3/NiO介孔薄膜具有良好的晶格结构,显示出良好的导电性。在650℃下退火的LaNiO3/NiO薄膜电极材料,在1 M Na2SO4水系电解液中,可以得到最大平面比电容为9.5 mF cm-2,1000个循环之后,比电容仅损失了2.8%,显示出良好的循环性能。(5)通过化学气相沉积法和液相沉淀法制备得到了具有柔性的无粘接剂电极材料SWNTs@MnO2/PPy,引入聚吡咯涂层之后,大大提高了材料的电子传输效率,增强了材料的导电性,有效的解决了MnO2在测试过程中的溶解问题,使电极材料取得了良好的电化学循环性能,在循环10000次之后,比电容仅损失了5.6%。