【摘 要】
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电化学电容器（即超级电容器）包括依赖于离子吸附电荷储能的电化学双电层电容器和基于表面或近表面发生的快速氧化还原反应储存电荷的赝电容器。相对于传统的储能装置（例如:电池）,超级电容器的优势在于高功率密度、长循环使用寿命以及高安全性等,因此可以广泛应用在需要高功率传输和快速能量收集的设备中。超级电容器工业化应用存在的主要问题就是能量储存密度较低。由超级电容器能量密度计算公式:E=1/2CV~2可知,提
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电化学电容器（即超级电容器）包括依赖于离子吸附电荷储能的电化学双电层电容器和基于表面或近表面发生的快速氧化还原反应储存电荷的赝电容器。相对于传统的储能装置（例如:电池）,超级电容器的优势在于高功率密度、长循环使用寿命以及高安全性等,因此可以广泛应用在需要高功率传输和快速能量收集的设备中。超级电容器工业化应用存在的主要问题就是能量储存密度较低。由超级电容器能量密度计算公式:E=1/2CV~2可知,提高超级电容器能量密度可以从两方面考虑:（1）开发多孔性和纳米级电极材料提高比电容（C）;（2）设计具有高工作电压窗口的器件,构建混合不对称超级电容器,利用两种电极之间的电位间隙来提高整体器件的电压（V）。电极材料是超级电容器的“心脏”,对超级电容器起着至关重要的作用。制备高性能的电极材料是科研工作者的共同研究目标。因此,构建新颖纳米结构电极材料,探索微观结构与电化学性质之间的内在关联性,是制备高性能电极材料的关键。本文选取钴基氧化物作为研究对象,探究了微观结构、材料表面界面结构以及复合异质结构对电化学性质的影响,主要研究内容如下:（1）通过改变水热反应的温度（120、140、160、180和200℃）合成了具有海胆状、花状和片状结构的NiCo2O4纳米材料。水热反应的温度与晶体的结晶形核息息相关,故改变反应温度可以得到不同微观结构的NiCo2O4纳米材料。反应温度为120、140和160℃得到的样品结构分析表明没有产生其他杂相,但是当反应温度升高到180℃以后在产物中出现了杂相。高纯度的花状NiCo2O4纳米材料(67.2m~2 g-1)较海胆状NiCo2O4(37.9 m~2 g-1)表现出较高的比表面积,较大的比表面积为氧化还原反应提供更多的反应活性位点,在2 mA cm-2的电流密度下花状NiCo2O4表现出2.26 F cm-2的比电容,略高于海胆状NiCo2O4材料(2 mA cm-2,1.19 F cm-2)。（2）钴酸镍核壳异质结构的构建与电化学性质优化。采用两步水热法结合热处理在泡沫镍上合成了NiCo2O4@Mn O2核-壳异质结构,为了作对比还分别在泡沫镍导电基板上分别合成了NiCo2O4和Mn O2,同时研究了反应时间（0.5 h、2 h和4 h）对Mn O2壳层厚度及电化学性能的影响。研究发现随着反应时间的延长,Mn O2壳层的厚度逐渐变厚。电化学研究表明,反应时间为0.5 h时的Mn O2壳层厚度表现出最佳的电化学性能,NiCo2O4@Mn O2核-壳异质结构纳米材料(2 mA cm-2,7.46F cm-2)较单一的NiCo2O4(2 mA cm-2,4.38 F cm-2)和Mn O2(2 mA cm-2,1.89 F cm-2)性能更好。（3）设计含氧官能团修饰的超亲水性纳米材料并揭示了材料亲水性与电化学性质的内在关联。采用简单的一步水热法,制备了具有强亲水性的NiCo（CO3）（OH）2纳米花,具有强亲水性的NiCo（CO3）（OH）2纳米花可促进电解质的扩散和电极材料界面上的电荷转移,显著促进法拉第氧化还原反应的发生,从而表现出优异的电化学动力学和优异的储能性能。将其作为工作电极进行电化学性能测试,当电流密度为2 mA cm-2时,样品的面积比电容为7.5 F cm-2,与NiCo2O4相比表现出较高的面积比电容;同时将电极片与活性炭（AC）组装成非对称超级电容器时,具有85.9 W h kg-1的高能量密度,且在经过了7000次充放电循环后样品依然保留有91.5%的初始电容,具有较高的循环稳定性。
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