储能容量和能量密度是超级电容器的主要性能指标,设计合成高比容法拉第电极材料和构建高能量密度电容体系是超级电容器领域基础研究所关注的重点。过渡金属氧化物、双氢氧化物及氮掺杂碳材料具有良好的法拉第电容活性,可用作高比容电极材料。基于这些电极材料构建非对称器件及氧化还原电解质电容体系,是有效提高器件能量密度的可行途径。本文主要涉及不同形貌法拉第氧化物及氢氧化物,以及氮掺杂碳材料的设计合成,并进一步组装非对称电容器件以及构建氧化还原电解质电容器件,通过不同思路提高超级电容器的能量密度,主要研究内容包括以下几个方面:1.在泡沫镍基体表面沉积构建交联层状结构ZnCo₂O₄-rGO复合材料,该ZnCo₂O₄-rGO复合物电极材料具有较高的比表面积及高效离子扩散通道,能保证ZnCo₂O₄的充分法拉第反应,基于此复合物的电极1 Ag^-1的比容高达3222 Fg^-1,在20Ag^-1比容仍能保持在860 Fg^-1,基于该电极所构建的ZnCo₂O₄-rGO//AC非对称电容器件在0.5 Ag^-1的电流密度下比容为139 Fg^-1,其能量密度和功率密度分别为49.1 Whkg^-1和400 Wkg^-1,在7625 Wkg^-1功率密度时能量密度为18.8 Whkg^-1,而且经过5000次循环充放电仅有6%的容量损失。该器件均衡的能量密度,功率密度及良好循环性能表明该ZnCo₂O₄-rGO复合物电极可用作高性能、长寿命的储能装置。2.通过碱性溶液中的水热反应在泡沫镍表面沉积构建片层状CoNiLDH结构框架,该CoNiLDH可与泡沫镍基底紧密连接,有效降低电极的串联电阻及界面电荷迁移电阻;进一步经过调控水热反应时间及温度对CoNiLDH的形貌结构及电容性能进行了优化。所制作CoNiLDH电极在2 M KOH电解液中能提供1882 Fg^-1的比容(1 Ag^-1),同时具有较优的倍率性能及循环稳定性,显示出法拉第活性过渡双金属氢氧化物在电容器件方面的良好性能。3.采用水热反应及后续活化处理合成了氮掺杂碳-石墨烯复合材料,该碳质材料具有较高比表面积,而且N、O异质元素具有良好法拉第电容活性,因而展示出较高电极比容。该碳质复合物电极在2 M KOH电解液中比容为242 Fg^-1(1 Ag^-1),良好的倍率及循环稳定性。同时该异质元素掺杂碳质复合物可促进氧还原电解质的法拉第反应,因而能进一步通过氧化还原电解质的法拉第反应将电极体系的比容提高两倍以上,有助于提高氧化还原电解质体系电容器件的能量密度。