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随着石化燃料的日益枯竭，以及对环境保护的愈加重视，发展新能源汽车迫在眉睫。以超级电容器作为动力源的新能源汽车，目前还处于发展阶段。超级电容器最重要的组成部分是电极、电解液和隔膜。对超级电容器的研究绝大部分集中于对电极材料的研究。钙钛矿材料由于特殊的晶体结构，具备很多独特的理化性质，因此在太阳能电池、燃料电池等领域已经开展大量研究，而将钙钛矿材料引入到赝电容超级电容器中，还是个全新领域。
本文以阴离子嵌入型钙钛矿结构LaNiO3-δ为基本研究对象，并在此基础上拓展类钙钛矿Ruddlesden-Popper（R-P）结构La2NiO4+δ和掺杂Sr、Co元素合成的La1-xSrxCo1-yNiyO3-δ（LSCN）为研究对象，研究材料的相组成、微观结构、表面化学性质、电化学性能、循环稳定性等，分析掌握钙钛矿材料赝电容的储能机理，着重分析电化学反应过程中的氧离子从钙钛矿表面嵌入、迁移和脱嵌的过程；选择三种性能优异的电极材料制作非对称超级电容器器件，测试能量密度、功率密度、循环稳定性等，为超级电容器在汽车上的应用和推广提供理论指导和技术支持。本文主要研究内容及结论如下：
（1）采用溶胶凝胶法制备ABO3钙钛矿型材料LaNiO3-δ。电化学测试结果表明LaNiO3-δ具有较强的赝电容性能，在1M氢氧化钾碱性电解液环境中，氧离子可以快速嵌入/脱嵌氧空位中。LaNiO3-δ在0.1mV s-1条件下比电容达到478.7F g-1。此外氧空位的产生与钙钛矿ABO3的B位过渡金属元素有关。对于LaNiO3来说，B位过渡金属元素Ni一般以Ni3+形式存在，但是由于制备工艺等原因B位也存在Ni2+，从而造成部分晶格氧从晶体结构中逸出，形成氧空位，这为阴离子嵌入储能提供了条件。通过800℃和850℃制备工艺对比发现，800℃条件下氧空位浓度更高，表现出更优良的电化学性能。在完成循环充放电15000次后，充放电效率保持在94.5%，显示了良好的循环稳定性。
（2）采用溶胶凝胶法在1000℃煅烧制备类钙钛矿R-P结构金属氧化物La2NiO4+δ。通过AgNO3置换Ag包覆在La2NiO4+δ粉体表面，制备出La2NiO4+δ@Ag材料。通过STEM测试表明Ag纳米颗粒包覆在La2NiO4+δ粉体表面。在1M氢氧化钾碱性电解液环境中，分别对La2NiO4+δ电极和La2NiO4+δ@Ag电极进行电化学测试。对比LaNiO3-δ、La2NiO4+δ、La2NiO4+δ@Ag三者电化学性能，La2NiO4+δ@Ag比电容最大，而LaNiO3-δ比电容最小；La2NiO4+δ@Ag循环稳定性最好，而La2NiO4+δ循环稳定性最差。由此可见LaNiO3-δ晶体稳定性好有利于长周期循环，La2NiO4+δ晶体结构特殊，有利于比电容提高，但是特殊晶体结构导致循环稳定性差，通过表面包覆Ag，不仅提高了材料循环稳定性，而且进一步提高了比电容。
（3）通过在LaNiO3-δ的A位掺杂Sr、在B位掺杂Co，得到LSCN。对LSCN8282、LSCN8291、LSCN7391的性能进行了研究，讨论了不同掺杂量对晶体结构和电化学性能的影响。通过晶体结构表征看出，随着Sr及Co掺杂量增加，晶体类型不变，晶胞变小，更有利于晶体结构稳定和氧离子的迁移。通过XPS分析，结合碘滴定法，可知LSCN8282氧空位浓度最低，LSCN7391氧空位浓度最高。由于氧空位浓度对电化学性能有重要贡献，因此电化学测试结果表明LSCN7391的比电容最高。经过3500次循环稳定性测试后，LSCN7391表现出最好的循环稳定性。
（4）以LaNiO3-δ、La2NiO4+δ@Ag、LSCN7391三种材料作为正极材料，活性炭为负极，以1M KOH为电解液制作了非对称超级电容器。分别进行了器件性能测试。结果表明在功率密度相同的条件下，基于LaNiO3-δ的超级电容器能量密度最低，基于LSCN7391的超级电容器能量密度最高。以La2NiO4+δ@Ag为正极的超级电容器循环稳定性相比另外两者更高，表明Ag包覆能提高超级电容器的循环稳定性。
本文以阴离子嵌入型钙钛矿结构LaNiO3-δ为基本研究对象，并在此基础上拓展类钙钛矿Ruddlesden-Popper（R-P）结构La2NiO4+δ和掺杂Sr、Co元素合成的La1-xSrxCo1-yNiyO3-δ（LSCN）为研究对象，研究材料的相组成、微观结构、表面化学性质、电化学性能、循环稳定性等，分析掌握钙钛矿材料赝电容的储能机理，着重分析电化学反应过程中的氧离子从钙钛矿表面嵌入、迁移和脱嵌的过程；选择三种性能优异的电极材料制作非对称超级电容器器件，测试能量密度、功率密度、循环稳定性等，为超级电容器在汽车上的应用和推广提供理论指导和技术支持。本文主要研究内容及结论如下：
（1）采用溶胶凝胶法制备ABO3钙钛矿型材料LaNiO3-δ。电化学测试结果表明LaNiO3-δ具有较强的赝电容性能，在1M氢氧化钾碱性电解液环境中，氧离子可以快速嵌入/脱嵌氧空位中。LaNiO3-δ在0.1mV s-1条件下比电容达到478.7F g-1。此外氧空位的产生与钙钛矿ABO3的B位过渡金属元素有关。对于LaNiO3来说，B位过渡金属元素Ni一般以Ni3+形式存在，但是由于制备工艺等原因B位也存在Ni2+，从而造成部分晶格氧从晶体结构中逸出，形成氧空位，这为阴离子嵌入储能提供了条件。通过800℃和850℃制备工艺对比发现，800℃条件下氧空位浓度更高，表现出更优良的电化学性能。在完成循环充放电15000次后，充放电效率保持在94.5%，显示了良好的循环稳定性。
（2）采用溶胶凝胶法在1000℃煅烧制备类钙钛矿R-P结构金属氧化物La2NiO4+δ。通过AgNO3置换Ag包覆在La2NiO4+δ粉体表面，制备出La2NiO4+δ@Ag材料。通过STEM测试表明Ag纳米颗粒包覆在La2NiO4+δ粉体表面。在1M氢氧化钾碱性电解液环境中，分别对La2NiO4+δ电极和La2NiO4+δ@Ag电极进行电化学测试。对比LaNiO3-δ、La2NiO4+δ、La2NiO4+δ@Ag三者电化学性能，La2NiO4+δ@Ag比电容最大，而LaNiO3-δ比电容最小；La2NiO4+δ@Ag循环稳定性最好，而La2NiO4+δ循环稳定性最差。由此可见LaNiO3-δ晶体稳定性好有利于长周期循环，La2NiO4+δ晶体结构特殊，有利于比电容提高，但是特殊晶体结构导致循环稳定性差，通过表面包覆Ag，不仅提高了材料循环稳定性，而且进一步提高了比电容。
（3）通过在LaNiO3-δ的A位掺杂Sr、在B位掺杂Co，得到LSCN。对LSCN8282、LSCN8291、LSCN7391的性能进行了研究，讨论了不同掺杂量对晶体结构和电化学性能的影响。通过晶体结构表征看出，随着Sr及Co掺杂量增加，晶体类型不变，晶胞变小，更有利于晶体结构稳定和氧离子的迁移。通过XPS分析，结合碘滴定法，可知LSCN8282氧空位浓度最低，LSCN7391氧空位浓度最高。由于氧空位浓度对电化学性能有重要贡献，因此电化学测试结果表明LSCN7391的比电容最高。经过3500次循环稳定性测试后，LSCN7391表现出最好的循环稳定性。
（4）以LaNiO3-δ、La2NiO4+δ@Ag、LSCN7391三种材料作为正极材料，活性炭为负极，以1M KOH为电解液制作了非对称超级电容器。分别进行了器件性能测试。结果表明在功率密度相同的条件下，基于LaNiO3-δ的超级电容器能量密度最低，基于LSCN7391的超级电容器能量密度最高。以La2NiO4+δ@Ag为正极的超级电容器循环稳定性相比另外两者更高，表明Ag包覆能提高超级电容器的循环稳定性。