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超级电容器作为一种具有优异的功率密度和循环特性的储能器件,受到了人们的广泛关注。然而传统的对称碳基双电层电容器能量密度低,不能满足日益增长的储能需求。因此,科研工作者设计由一个双电层储能原理的电极材料和一个法拉第储能原理的电极材料组成的非对称电容器。因为正负极不同的储能机理和工作电压,新型储能器件能够具有较宽的电压区间,较为理想的能量密度、功率密度和循环寿命。根据不同的法拉第反应原理,非对称电容器可以被分为发生赝电容反应的非对称超级电容器与发生电池反应的非对称混合离子电容器。在本论文中,具有良好的赝电容特性和储锂特性的锰氧化物被选择作为研究对象,但锰氧化物其本身导电性差,反应体积变化大,所以本文通过将其与石墨烯复合,设计形貌与结构抑制体积变化,并且通过缺陷工程进一步优化性能,之后将其作为电极材料组装两种非对称电容器并研究其电化学性能。(1)利用锰氧化物优秀的储锂性能,将富含氧空位的二氧化锰/还原氧化石墨烯(Ov-MnO2/rGO)复合材料用作锂离子电容器负极。通过化学沉淀和氩气气氛下退火处理,合成了 Ov-MnO2/rGO电极材料,并且通过调节MnO2/GO复合比例与退火处理优化了其在锂离子半电池中的性能。我们在1M LiPF6及添加剂作电解液的条件下测试了锂半电池的性能,Ov-MnO2/rGO表现出优秀的比容量(在0.1Ag-1时,比容量为1052mAh g-1)与循环稳定性(400圈循环后容量保持率为91.4%)。同时将Ov-MnO2/rGO作负极,掺氮碳纳米片(N-doped Carbon Nanosheet)电极材料作正极组装非对称锂离子电容器。通过对正负极进行质量匹配,对负极进行预锂化程度调控,进一步优化非对称锂离子电容器电化学性能。Ov-MnO2/rGO//NCN非对称锂离子电容器在1-4 V的电压窗口下具有相对出众的最大能量密度(206.2 Wh kg-1)和最大功率密度(25000 W kg-1)。(2)利用锰氧化物良好的赝电容特性,设计合成四氧化三锰/还原氧化石墨烯(Mn3O4/rGO)复合电极材料作非对称超级电容器正极。通过化学沉积反应与氢化处理,合成了有(O=)C-O-Mn键连接的Mn3O4/rGO复合电极材料,并且通过控制退火温度调控四氧化三锰的孔径分布,优化电极性能。三电极体系下,我们在1M硫酸钠电解液中测试了该电极材料的电化学性能。在0.5 Ag-1的电流密度下,电极表现出351 Fg-1的比电容;在5Ag-l的电流密度下循环10000圈,电极循环保持率为100%。同时,将优化退火温度后的Mn3O4/rGO作正极,商用活性炭(Active Carbon)作负极组装非对称超级电容器。Mn3O4/rGO//AC非对称超级电容器在电流密度为0.5 Ag-1时表现出66.18Fg-1的比容量;在5Ag-1下充放电5000次后,容量保持率仍可达到93%;其最大能量密度与功率密度分别为36.8 Wh kg-1和10 kW kg-1。