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超级电容器具有功率密度大、充放电速度快、使用寿命长等优势,是一种优良的储能器件,在电动汽车、现代通讯、航空航天以及国防设备等诸多领域拥有巨大的应用前景。但较低的能量密度一直制约其应用与发展,如何在保证高功率和长寿命优势的前提下,提高其能量密度是当今的研究热点。根据能量密度公式E=1/2CV2,能量密度主要由电极材料电容量和器件电压窗口决定。本论文旨在研制具有高功率密度和能量密度的非对称型超级电容器。首先着眼于电极材料的可控制备、结构优化、能带设计以及储荷机理研究,以改善氧化物电极材料电化学性能,提高其电容量。在此基础上,设计构建了水系非对称超级电容器,实现器件工作电压窗口的拓宽。具体研究内容如F:1.通过掺杂改性优化正极材料的电输运性能提高电容量。设计构建了连续流动注入掺杂装置,通过连续恒定速率注入反应源,精确控制化学反应液的浓度,有效抑制了反应过程中Al3+水解导致的生长液酸化的现象,可控制备了高载流子浓度的A1掺杂ZnO纳米线阵列,其载流子浓度可以达到1.14×1019cm-3,与传统的掺杂方法相比(4.2×1016cm-3),载流子浓度提升了三个数量级。将这种高载流子浓度的A1掺杂ZnO纳米线作为活性物质NiO的导电支架,构筑自支撑电极材料,有效的提高了电极材料电容量。2.通过能带设计进一步优化正极材料界面电输运性能提高电容量。采用低温水热法在三维碳布基底上生长了 ZnO/NiO核壳结构纳米线阵列作为柔性自支撑电极。通过紫外光还原法在ZnO/NiO界面处嵌入Au纳米粒子,研究界面电输运性能对电极材料电容量的影响。当电流密度为5 mAcm-2时,ZnO/Au/NiO电极材料的电容量为4.1 Fcm-2,与ZnO/NiO电极材料(0.5 Fcm-2)相比提升了 720%。性能的提升主要归功于金纳米粒子可促进电极/电解液界面处电荷的快速传输。除此之外,在充电过程中,Au纳米粒子与NiO形成的界面肖特基势垒可以在费米能级处捕获少量电子,这将导致放电过程中,额外电子的释放。3.通过结构设计增加负极材料反应活性位点提高电容量。利用无模板水热法制备了 Fe203中空梭状纳米颗粒,中空孔隙结构可以将电解液限制其中,在增加活性物质反应位点的同时,缩短了活性物质与电解液的之间的传输距离保证了离子的快速传输。当电流密度为0.5 Ag-1时,电极材料比电容为249 Fg-1。同时,引入阿伦尼乌斯公式分析了大电流密度下电容量下降的原因。在此基础上,考察了电极材料的温度服役行为。在20℃-60℃的温度范围内,随温度升高,电极材料电容量没有明显变化,表明该电极可以在20℃-60℃温度范围内稳定工作。4.构建非对称超级电容器拓宽电压窗口。通过设计利于界面电子传输的能带结构,在ZnO/Ni（OH）2界面处引入TiO2嵌入层形成台阶状能带结构,制备了 ZnO/TiO2/Ni（OH）2核壳结构纳米线阵列作为正极材料。根据能带理论,台阶状能带结构可以减少充电过程中电子界面传输势垒,降低还原反应发生的激活能,电容量因此被提高。进一步通过水热法制备了ZnO/Fe2O3复合纳米材料作为超级电容器的负极,根据注入电荷平衡原则,正负电极材料质量配比为1.00:3.53,成功组装了非对称超级电容器。器件的电压窗口扩展到1.6V,电流密度1 Ag-1时,非对称超级电容器可以获得146.8Fg-1的比电容。功率密度为1350 Wkg-1时,能量密度为52.22 Whkg-1。