【摘 要】
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超级电容器作为新型电化学储能器件,具有高功率密度、长循环寿命等优点,但较低的能量密度限制了其应用。然而,提升超级电容器的能量密度需要牺牲功率密度,两者不可兼得,在不影响功率密度的前提下,提升能量密度具有重要意义。碳纳米洋葱（CNOs）是一种准零维碳纳米材料,其结构为多层同心球形石墨结构,由于其高度正曲率结构有利于离子的快速吸附/脱附,在高速率充放电下仍具有较高的倍率性能。但是,目前合成的碳纳米洋葱
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超级电容器作为新型电化学储能器件,具有高功率密度、长循环寿命等优点,但较低的能量密度限制了其应用。然而,提升超级电容器的能量密度需要牺牲功率密度,两者不可兼得,在不影响功率密度的前提下,提升能量密度具有重要意义。碳纳米洋葱（CNOs）是一种准零维碳纳米材料,其结构为多层同心球形石墨结构,由于其高度正曲率结构有利于离子的快速吸附/脱附,在高速率充放电下仍具有较高的倍率性能。但是,目前合成的碳纳米洋葱主要是单分散的实心结构,碳层利用率低并且没有互联导电骨架,导致碳纳米洋葱颗粒薄膜整体导电性低,电容和能量密度难以提升。本文通过热分解法制备了Fe3O4纳米颗粒,借助金属氧化物纳米颗粒致密排列,合成出以介孔为主导的互联中空碳纳米洋葱骨架。然后,以尿素为氮源通过水热法合成出氮掺杂互联中空碳纳米洋葱结构（N-IHCNOs）。互联导电骨架提供了优异的导电性、中空结构可以提供电荷存储空间并提升质量比电容、氮元素的掺杂改善了碳纳米洋葱表面的化学性质。基于N-IHCNOs的结构优势,研究了掺杂比例和退火温度等参数对N-IHCNOs基电极性能的影响,并且使用不同类型电解液对IHCNOs和N-IHCNOs基超级电容器进行了超电容性能对比。研究表明,在3 M KOH和1 M EMIMBF4/ACN电解液中,氮元素掺杂后,N-IHCNOs在功率密度没有损失的前提下,能量密度分别提升49.3%和45.2%。由于N-IHCNOs的介孔面积占比高达82.9%,并且碳壳之间的介孔具有高度互联的特点,因此N-IHCNOs与离子液体电解液具有极高的适配性。使用纯EMIMBF4离子液体电解液组装的对称超级电容器,具有优异的超电容性能。在2 k W kg-1的功率密度下具有168.9 Wh kg-1的能量密度,即使在400 k W kg-1的超高功率密度下仍具有45.2 Wh kg-1的能量密度,以及卓越的循环性能（5万次循环后电容保持率为98.2%）。N-IHCNOs制备过程简单,作为高能量密度和高功率密度电极材料展现出广泛应用价值,为提升超级电容器的能量密度提供了一种新思路。
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