随着新能源的快速发展,超级电容器储能装置已经变得不可或缺,尤其是在一些新型产业,如新能源汽车等。决定超级电容器性能的关键是电极材料。而目前商业化的碳电极材料存在比电容不够高的问题。为了获得性能优良的电极材料,本文以原位聚合的煤基聚苯胺为碳氮源,以乙酸镍和草酸钻作为热解催化剂前驱体,以二茂镍和乙酸镍为碳管生长催化剂前驱体,采用二段炉工艺,联合制备碳微纳米管和掺N多孔炭/镍(钴)。并将三者中的金属离子化后,分别采用水热法、尿素直接沉淀法制备出了掺N多孔炭/氧化镍钴/碳微纳米管复合材料。并对其结构和电容性能进行系统研究,取得的结果如下:采用二段炉工艺、化学气相沉积法成功制备掺N碳微纳米管。氮以石墨化氮的状态掺入碳管中。制备的碳微纳米管形态多样,有直管,弯管,竹节状,糖葫芦串状等。管径范围10-100nm,管长由几百纳米至几十微米,管壁厚10-15m nm。其生长模式主要有:“底端生长”、“顶端生长”、“两端同时生长”、“竹节状生长”三种类型。以乙酸镍分别做热解催化剂及生长催化剂时,碳管产率最高,为9.36 g/l g乙酸镍/320 g煤基聚苯胺。而二茂镍做生长催化剂时,碳微纳米管的品质更好。采用水热法成功合成平均孔径为8.4 nm的掺N多孔炭/氧化镍钴/碳微纳米管介孔复合材料。金属氧化物主要以NiCo2O4,NiO的形式存在,以六边形纳米层片的形态附着在多孔炭表面。当掺N多孔炭/银与掺N多孔炭/钴质量比1:2,碳微纳米管掺杂量为10%,反应条件为120℃,12 h时,制得的掺N多孔炭/氧化镍钴碳微纳米管复合材料与水性电解液有良好的润湿性,且电容性能最佳,有较高的比电容、良好的倍率特性和循环稳定性。lA/g下,比电容达847.4F/g。5A/g下,循环5000次后,电容保留率为81.1%。采用尿素直接沉淀法成功合成平均孔径为56.3 nm的N多孔炭/氧化镍结/碳微纳米管介孔复合材料。多孔炭中掺入的氮主要以吡咯型氮和氧化型氮的状态存在。金属氧化物主要以NiCo204形式存在,以纳米花状形态附着在多孔炭表面。当掺N多孔炭/镍与掺N多孔炭/钴质量比1:2,碳微纳米管掺杂量为10%,反应条件为80℃,6 h时,制得的掺N多孔炭/氧化镍钴/碳微纳米管复合材料与水性电解液有良好的润湿性,且电容性能最佳,有较高的比电容、良好的倍率特性和循环稳定性。在1A/g下,比电容达992.4 F/g。5 A/g下,循环3000次后,电容保留率为84.5%。以它为正极,活性炭为负极,组装出的非对称超级电容器兼具双电层与法拉第电容特性,在1A/g下,比电容可达120.3 F/g,能量、功率密度分别为16.7Wh/kg,500W/kg。