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超级电容器,是化学电源家族中出现较晚的一位成员,它结合了传统静电容器的高功率和二次电池高能量的优点,具有比传统电容器更高的比电容,比二次电池更高的比功率。研究表明,高性能的超级电容器取决于高性能的电极材料,电极材料成为目前的研究热点。本文以葡萄糖为原料,通过水热处理、常温常压干燥及高温炭化等过程制备了碳微球(CMB),并将碳微球在浓HNO3中活化处理得到活性碳微球(ACMB)。在此基础上,制备了Mn3O4/ACMB、MnO2/ACMB复合材料,以及不对称超级电容器,并研究了其物理和电化学性能。以葡萄糖为原料,采用水热法制备了CMB。为了改善CMB的表面结构和电化学性能,采用浓HNO3进行活化处理,得到ACMB。利用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)等对材料进行了物理性能表征。结果表明,经过浓HNO3活化处理后,CMB表面的含氧官能团增加,电容特性得到明显改善。在1 mV s-1下,ACMB的比电容高达291.9 F g-1。组装成电容器,其比电容高达75 F g-1,且循环5000次后比电容几乎没有衰减。鉴于ACMB有高的双电层电容,金属氧化物有高的法拉第赝电容。采用化学沉淀法制备了不同Mn3O4含量的Mn3O4/ACMB复合电极材料。用SEM考察了复合材料的形貌,发现纳米级的Mn3O4随机地包覆在ACMB的表面。电化学测试表明,Mn3O4/ACMB复合材料比ACMB具有更好的电化学性能。当Mn3O4的含量为40%时,循环伏安结果显示复合材料的比电容高达409.8 F g-1。且Mn3O4/ACMB电容器的比电容在循环初期有一定的衰减,200次循环后比电容趋于稳定。通过原位包覆的方法制备了MnO2/ACMB复合电极材料。SEM显示ACMB的表面包覆了大量MnO2纳米纤维,呈现出蒲公英状的形貌。利用循环伏安、恒流充放电和循环寿命等测试研究了MnO2/ACMB复合电极的电化学性能,结果表明,MnO2/ACMB复合材料的比电容可达375.9 F g-1。MnO2/ACMB电容器具有良好的循环性能,循环1000次,其容量保持率为93%。为了获得更高的能量密度和功率密度,以海胆状MnO2纳米纤维作为正极活性物质,以ACMB为负极活性物质,制备了不对称超级电容器。研究表明,不对称超级电容器在0-1.6 V电压范围内显示出良好的电化学电容行为。在0.5 A g-1电流密度下,不对称超级电容器比电容可达85 F g-1,100次充放电循环后比电容仍保持在95%。当功率密度为180 W kg-1时,能量密度为43.2 Wh kg-1;而当功率密度达2880 W kg-1时,能量密度仍有24.8 Wh kg-1。