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超级电容器以其快速充放电、高功率密度、循环寿命长、环境友好等特点,在便携式电子器件、电气化交通工具、储能装置等领域具有巨大的应用前景。然而,与锂离子电池等相比,超级电容器相对低的能量密度严重制约了其商业化应用进程。因此,如何优化设计和调控超级电容器电极材料的结构和组成,提高电极材料的电荷存储能力从而提升超级电容器的能量密度是该领域的研究热点和前沿性课题。钴基电极材料具有高理论比容量、多变价态、良好的电化学反应可逆性、原料丰富等特点,成为一类极具吸引力的超级电容器电极材料。然而,它们的实际比容量、倍率性能以及循环稳定性仍亟需提高从而推进超级电容器的商业应用。本论文从提高钴基电极材料的导电性、电活性位点数目以及结构稳定性入手,将钼酸钴（CoMoO4）、氢氧化钴（Co（OH）2）、硫化钴（CoS）和硒化钴（Co0.85Se）等四种钴金属化合物分别与导电聚吡咯（PPy）进行复合,通过调控复合电极材料的形貌、组成、复合结构、尺寸以及表面修饰等手段,系统研究复合电极材料组成-微观结构-储能性能的构效关系,阐明储能机理,为高性能超级电容器用钴基复合电极材料的结构设计、可控制备和储能性能调控提供科学依据和技术支撑。本论文主要研究内容和研究结果如下:1.采用自模板法结合气相聚合反应制备了PPy包覆CoMoO4纳米管形成的CoMoO4@PPy复合电极材料。研究结果表明,柔性PPy导电层均匀包覆在CoMoO4纳米管表面,提高了复合材料的电导并有助于循环充放电过程中维持复合材料结构稳定。此外,PPy的引入促使复合电极材料的电荷存储过程受表面电容控制,从而提高倍率性能。基于CoMoO4纳米管和PPy导电层的协同储能效应,CoMoO4@PPy复合电极材料在电流密度为2 A g-1的比容量高达541 C g-1,在20 A g-1比容量保持率高达81%;在电流密度为10 A g-1循环5000次后初始容量保留率达到96%。2.采用两步电化学法结合液相还原反应在泡沫镍集流体上制备了PPy@Co（OH）2@Ag复合电极材料。研究结果表明,Co（OH）2纳米片生长在PPy纳米线表面,各纳米片之间具有大量的空隙,利于与电解液充分接触,提高了活性材料利用率。当Co（OH）2纳米片表面附着Ag纳米粒子时,密度泛函理论计算表明Ag纳米粒子的引入进一步提高了复合材料的电导,同时在Co（OH）2/Ag界面处发生了电子转移,使得Co（OH）2表面荷正电,从而降低了OH-在Co（OH）2的表面吸附能,有利于其在Co（OH）2的快速吸附并加快了电极反应,提高了复合电极的电化学活性。因此,PPy@Co（OH）2@Ag复合电极材料展现了高比容量（998C g-1,2A g-1）,好的倍率性能（72%容量保持率,20Ag-1）和循环稳定性（5000次后初始容量保留率达到92%）。此外,组装的PPy@Co（OH）2@Ag‖N-CNTs（掺氮碳管）非对称超级电容器器件在功率密度800 W kg-1时其能量密度为54.4 Wh kg-1。3.采用两步电化学反应在泡沫镍上直接生长PPy@CoS复合电极材料。研究结果表明,与直接生长在泡沫镍的CoS纳米片相比,PPy纳米线作为骨架支撑表面生长CoS纳米片,降低了 CoS纳米片的尺寸和厚度,获得了更多的电活性位点并且缩短了离子扩散路径,有利于提高活性材料的倍率容量。此外,XPS分析结果表明PPy和CoS之间存在Co-N共价键,使得CoS纳米片牢固地锚合在PPy纳米线表面,增强了复合电极材料的机械强度,从而提高复合电极材料的循环性能。电化学性能评价结果表明,与直接生长在泡沫镍上的CoS电极材料相比,构筑的PPy@CoS复合电极材料展现了更高的电荷存储性能,在电流密度为1 A g-1和20 A g-1,比容量为860 C g-1和595 C g-1;在10Ag-1充放电5000次后初始容量保留率达到92%。另外,组装的PPy@CoS‖N-CNTs非对称超级电容器器件具有51.1 Whkg-1的比能量。4.采用两步电化学沉积方法合成了PPy纳米线表面附着Co0.85Se纳米粒子的[email protected]无粘结剂复合电极材料。与直接在泡沫镍上通过电沉积反应得到的尺寸在1-2 μm的Co0.85Se微米颗粒不同,PPy纳米线作为骨架支撑通过电沉积反应在其表面生长了尺寸分布在20-150 nm的Co0.85Se纳米粒子,这导致Co0.85Se活性材料具有更多的电活性位点和更短的离子扩散路径,利于提高倍率性能。同时,PPy与Co0.85Se之间的Co-N共价键有助于提高循环过程中复合电极材料的结构稳定性,从而获得了更高的循环性能。通过优化在PPy纳米线表面生长Co0.85Se的电沉积时间,得到的[email protected]复合电极材料在1 Ag-1的比容量高达827 C g-1,在20 Ag-1容量保持率为67%,循环5000次后初始容量保持率为93%。