超级电容器(SCs)作为一种新的能源存储系统,具有充电速度快、比功率大、寿命长等优点,逐渐成为研究的热点。与可充电电池相比,SCs的能量密度较低,在应用的过程中存在一定限制。根据电容器能量密度方程,提高SCs能量密度的最主要的途径是提高电容器的电压窗(V)和电极比电容(C)。因此,SCs的正负极电极材料的工作电压窗口和比容量的选择对构建高能量密度的SCs具有重要意义。过渡金属氧化物由于其低成本、无污染、储量丰富等优点得到了大家的青睐。例如氧化锰有着超高的理论容量,宽的正电压范围,是一类较好的正电极材料。但是其电导率过低。过渡金属氮化物由于其高导电性、高容量以及较宽的负电压窗口的特点显示出优异的电容性能,但稳定性较差。本文在导电基体上构建纳米氧化物电极材料,并通过碳包覆和氮化处理,分别制备氧化物和氮化物电极,改善它们的导电性和稳定性。基于此,构建氧化物/氮化物非对称SCs,研究其器件性能。具体研究内容如下:(1)以三聚氰胺泡沫为模板制备了可压缩的三维多孔石墨烯,并通过水热反应在三维多孔石墨烯上生长氧化钒纳米线阵列,再通过聚多巴胺(PDA)包覆后进行氮化处理,得到氮掺杂的碳层包覆的氮化钒纳米线阵列(3DRG-VN@NC)电极材料。这种独特的三维多孔电极材料,能制备出任意想要的宏观形状,并且具有良好的可压缩柔性。3DRG-VN@NC电极在2 mA/cm2的电流密度下,能达到1518 mF/cm2的面积比容量,并在经历了 10000次的长时间电化学循环后,依然能够保持87%的容量,而且电极材料在50%的压缩形变时,电化学行为基本保持不变。(2)在碳布表面水热合成MnCo204.5纳米线阵列,将PDA包覆在MnCo204.5纳米线阵列表面,随后进行一步热处理制备得到氮掺杂碳包裹的Co/MnO纳米线阵列(Co/MnO@NC),并探究了不同退火温度对电容性能的影响。在600℃下得到的电极材料由于外面包裹的碳层和内部嵌入的Co金属纳米颗粒同时提高了 MnO的表面和内部电导率,使其具有最优异的电容性能。Co/MnO@NC电极在1 A/g电流密度下的比电容为747 F/g,在经历5000次充放电循环后,依然能保留93%的电容量。此外,以Co/MnO@NC为正极、VN@NC为负极组装而成的非对称超级电容器装置,在0.96 kW/kg和18.95 kW/kg的功率密度下,分别能达到48.15 Wh/kg和27.9 Wh/kg的能量密度,2000次循环后比容量依然能够保留82%。