为应对全球气候变化,2020年12月党中央做出“碳达峰、碳中和”的重要战略决策,开发先进的能量存储技术是助力实现双碳目标的关键一环。作为一种新型储能设备,超级电容器因具有充放电速率快、功率密度高、循环使用寿命长等特性被广泛研究报道。钴基化合物资源丰富、合成简便、理论比电容高,被视为超级电容器的潜力电极。本论文以钴基化合物为研究对象,通过掺杂工程、复合工程和结构工程对钴基化合物进行修饰,提高材料的电子电导率、反应活性、增大比表面积,研究钴基复合材料的电化学储能过程和性能。主要结果如下:（1）元素掺杂可以调节电极材料的电子结构,改进材料的表面特性。采用两步水热法在碳布的表面自生长铝掺杂钴基化合物（即Al-NiCo2S4）。SEM（扫描电子显微镜）和TEM（透射电子显微镜）表明Al-NiCo2S4具有中空纳米管结构,能够为电化学反应提供大量反应活性位点;XPS（X射线光电子能谱）揭示Al主要以Al3+的形式存在于NiCo2S4中,能够提高NiCo2S4的导电性。研究结果表明,Al-NiCo2S4电极具有优异的比电容（在1 A/g时为1515 F/g）和倍率性能（在10 A/g时为1184 F/g）。Al-NiCo2S4//AC ASC（非对称超级电容器）在功率密度为750 W/kg时,能量密度为24.5 Wh/kg,经过10000次恒电流充电-放电后,Al-NiCo2S4//AC ASC的电容保持率高达98.1%,展现出卓越的循环稳定性。（2）为了改善单组分钴基化合物的比电容和能量密度,将钴基化合物与氢氧化镍进行复合制备复合电极。以ZIF-67衍生的CoP纳米片为基底材料,通过水热法在其表面生长Ni（OH）2纳米片,成功在泡沫镍上合成了CoP@Ni（OH）2。SEM显示CoP@Ni（OH）2呈现出一种特殊的纳米片夹层结构,该结构具有较大的比表面积,能够为氧化还原反应提供更多的活性位点。电化学测试结果表明,CoP和Ni（OH）2的协同作用可以使CoP@Ni（OH）2复合材料表现出卓越的电化学性能。当电流密度为1 A/g时,复合电极的最大比电容为2570 F/g,约为纯CoP的3倍。在完成7000次循环后,电容保持率高达83.9%。组装的CoP@Ni（OH）2//AC ASC具有800 W/kg的功率密度和53.2 Wh/kg的超高能量密度。经过10000次充电/放电测试,该器件仍然保持着98.6%的初始比电容。（3）为进一步提高钴基电极材料的电化学性能,采用多种元素复合的方式,构筑异质结构复合材料。通过水热、煅烧的方法在泡沫镍上制备Cu Co2O4纳米线,然后在Cu Co2O4表面沉积Ni-CoLDH纳米片,得到了具有纳米线纳米片交联结构的Cu Co2O4@Ni-CoLDH电极材料。研究发现,在同等测试条件下,Cu Co2O4纳米线和Ni-CoLDH纳米片的最大比电容分别为1091 F/g和1628 F/g,而Cu Co2O4@Ni-CoLDH复合材料的比容量可达到2398 F/g。同时,复合电极还具有优异的倍率性能（在10 A/g的大电流密度下比电容为2012 F/g）和稳定性（循环7000次后容量保持率高达85.2%）,表明Cu Co2O4和Ni-CoLDH的协同作用可以显著改善材料的电化学性能和循环稳定性。组装的Cu Co2O4@Ni-CoLDH//AC ASC在功率密度为800 W/kg时能达到的最大能量密度为50.8 Wh/kg。在电流密度为5 A/g时,恒电流充放电10000次,ASC的电容保持率约为初始值的91.7%,表现出出色的电化学稳定性。