【摘 要】
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超级电容器,功率密度大、循环寿命长,是储能领域冉冉升起的一颗新星,然而较低的能量密度严重阻碍了其实际应用与发展。基于此,本文从优化电极材料的角度出发,旨在制备出宽电位超级电容器电极材料,从而大幅提升能量密度。首先是宽电位超级电容器负极材料的制备与性能研究。通过简单的溶剂热法,设计出具有三维结构的自组装三氧化二铁纳米颗粒/还原氧化石墨烯（Fe2O3/r GO）水凝胶复合电极材料。系统研究了不同的溶剂
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超级电容器,功率密度大、循环寿命长,是储能领域冉冉升起的一颗新星,然而较低的能量密度严重阻碍了其实际应用与发展。基于此,本文从优化电极材料的角度出发,旨在制备出宽电位超级电容器电极材料,从而大幅提升能量密度。首先是宽电位超级电容器负极材料的制备与性能研究。通过简单的溶剂热法,设计出具有三维结构的自组装三氧化二铁纳米颗粒/还原氧化石墨烯（Fe2O3/r GO）水凝胶复合电极材料。系统研究了不同的溶剂热反应时间对水凝胶材料的形貌、负载量、孔结构及电化学性能的影响。以该水凝胶为超级电容器的自支撑负极材料,电压窗口可达-1.2 V-0 V,在2 A/g电流密度下表现出1090 F/g的高比电容,倍率性能优异（10 A/g高电流密度下仍有531 F/g的容量）。在此基础上,深入分析并揭示了Fe2O3/r GO水凝胶的电荷存储机理。其次是宽电位超级电容器正极材料的制备与性能研究。在中空、多孔且轻质的静电纺丝碳纳米纤维无纺布（CNFs）上利用电沉积和电化学氧化法生长出层状Na+插层的二氧化锰纳米片(CNFs/Na0.5MnO2)。深入研究了不同电沉积时间和电解液浓度对纳米片形貌的影响。以CNFs/Na0.5MnO2为超级电容器的正极材料,探索了其电化学性能并研究了Na+的嵌入/脱出过程。基于Na+在电化学反应过程中的嵌入/脱出与电活性CNFs基底的协同作用,CNFs/Na0.5MnO2表现出优异的电化学性能,能稳定运行在0-1.25 V,在2 A/g电流密度下表现出365 F/g的高比电容。最后在此基础上制备出柔性宽电位正极材料。首先在柔性碳布上利用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）原位生长了一层立式石墨烯（VG）阵列。然后以此为柔性基底,使用电化学方法负载了层状Na+插层的MnO2纳米片(CC-VG/Na0.5MnO2)。三维立式石墨烯独特的结构不仅增加了电极材料和电解液的接触面积,还缩短了电解液离子的扩散距离,从而提升了电极电化学反应动力学。电化学性能研究结果显示,CC-VG/Na0.5MnO2柔性正极可在0-1.3 V的宽电位窗口范围内稳定运行,在2 A/g电流密度下表现出525 F/g的高比容量,倍率性能优异（即使在30 A/g高电流密度下,比电容仍高达392 F/g）,循环性能良好（1000圈循环后容量保持率为87.3%）。本文提出的电极材料结构设计方法高效提升了电化学性能,为宽电位、高性能超级电容器电极材料制备提供了新思路。
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