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超级电容器是高功率密度的新型储能器件,提高能量密度是提高其性能的关键。扩展超级电容器电极材料储能电位窗可有效提高电容器工作电压,进而大幅度提高电容器能量密度。本文利用氧化钒(V2O5)与导电聚合物原位电化学复合,制备了具有高储能电位窗的无机-有机复合超级电容器电极材料,并组装了模拟超级电容器,探讨其储能应用。为了进一步改善电容器性能,还尝试了组装非对称型超级电容器。无机-有机复合既可综合无机组分与有机组分优势,又可诱导无机-有机协同效应,对发展新型储能材料很有意义。本文首先在含有0.1 M苯胺和0.05、0.1、0.2、0.3、0.4及0.5 M VOSO4的溶液中,利用苯胺电化学聚合和V205电化学沉积,进行聚苯胺(PANI)和V2O5的电化学共沉积,制备V2O5-PANI复合膜VP-0.5、VP-1、VP-2、VP-3、VP-4和VP-5。利用X-射线衍射(XRD)研究V2O5的晶型,利用红外光谱(FT-IR)研究V2O5和PANI的振动吸收。利用扫描电子显微镜(SEM)观测V2O5-PANI复合膜的形貌,发现与V2O5电化学共沉积有助于PANI的一维生长,分析了电化学沉积溶液中硫酸氧钒浓度对复合膜形貌的影响。利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗技术研究了V2O5-PANI的电化学性能,发现得益于无机-有机复合,V2O5-PANI的储能电位窗扩展至1.6 V (-0.9～0.7 V vs. SCE)。V2O5-PANI以纳米棒形式存在时,有利于电极活性物质与电解液接触,进而充分发挥储能性能,在5 M LiCl溶液中,以0.5 mA/cm2的电流密度充放电时,VP-1比电容达443 F/g,远高于类似条件下制备的V2O5 (217 F/g)和PANI (241 F/g)。然后在含有0.1 M LiClO4、0.1M VOSO4的PBS溶液中(pH=6.86)分别加入吡咯使其浓度分别为0.1、0.05、0.03、0.025和0.02 M,在0.7 V电位下进行吡咯的电化学聚合及V205电化学沉积,制备V2O5-聚吡咯(PPy)复合膜VPy-1、 VPy-2、VPy-3、VPy-4和VPy-5。利用XRD研究V2O5-PPy上V2O5的晶型,利用FT-IR研究V2O5和PPy的振动吸收特征峰。利用SEM观测了V2O5-PPy的形貌,发现V205对PPy也有一维生长诱导作用。利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗技术研究了V2O5-PPy的电化学性能。V2O5-PPy上的PPy可发生阴阳离子双掺杂,因此V2O5-PPy复合膜的储能电位窗高的2.0V(-1.4-0.6 V vs. SCE)。以一维结构存在有利于V2O5-PPy上活性物质与电解液接触,进而充分发挥储能性能,其中VPy-3在5 M LiCl溶液中,以4.5 mA/cm2的电流密度充放电时,比电容达412 F/g,远高于类似条件下制备的V2O5 (181 F/g)和PPy (257 F/g).以LiCl/PVA凝胶为电解质,分别以V2O5-PANI复合膜VP-1和V2O5-PPy复合膜VPy-3组装了对称型超级电容器VP-1//VP-1和VPy-3//VPy-3。利用循环伏安和恒电流充放电实验测试了电容器性能。得益于电极材料的高储能电位窗,VP-1//VP-1可在1.6 V的高电压下工作,因此能量密度大大提高,可达69Wh/kg。并表现出优越的循环稳定性,5000次充放电后,电容维持率达92%。VPy-3//VPy-3工作电压进一步提高,达2.0 V,能量密度则高达82 Wh/kg。 5000次充放电后,电容维持率为80%。VP-1//VP-1和VPy-3//VPy-3均表现出优越的柔韧性,电容器弯曲0°、60°、120°和180°角度后,比电容基本不受影响。在0.05 M RuCl3·H2O、0.1M KCl、0.01 M HCl和0.05M NH4Ac溶液中,电化学沉积Ru02薄膜。以RuO2为正极,分别以VP-1和VPy-3为负极,组装非对称型超级电容器VP-1//RuO2和VPy-3//RuO2。VP-1//RuO2和VPy-3//RuO2工作电压均可高达2.0 V,其能量密度分别为83.3 Wh/kg和91Wh/kg,5000次充放电后,电容保持率分别为90%和86%。