超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件,具有高功率密度、高能量密度、循环寿命长等优点。目前,研究者们对超级电容器的研究主要集中在对高性能电极材料的制备上,目的是提高超级电容器的能量密度和功率密度,以满足现代电子器件的需求。本文通过使用价格低廉的赝电容电极材料作为超级电容器材料,并结合多种材料研究测试方法和电化学研究手段,分别从晶体结构设计和氧空位方面对高比能超级电容器进行研究。主要研究内容和创新点如下:1.将具有相似理化性质的超长线状单晶结构V₂O₅（W-V₂O₅）和V₂O₅纳米粒子（P-V₂O₅）两种材料用以研究使赝电容增强的可能性因素。通过对其电容行为和晶体结构的分析,我们发现,除了讨论最多的比表面积为影响因素以外,晶体结构中晶面取向和层间间距也对电容性能产生很大影响。本工作合成的V₂O₅具有超长线状单晶结构,其作为超级电容器电极材料具有以下优势:首先,超长线状结构可以使电子沿晶体生长的方向传输;其次,超长线状结构扩大了W-V₂O₅层间间距,这使得Li⁺可以快速在晶格中插入和脱出;第三,合成的W-V₂O₅的2D层结构与纳米线生长方向垂直,这将缩短Li⁺插入层结构的扩散距离。以此材料为正极制备不对称性超级电容器器件,在电流密度为0.4 A/g时,比容量为100.8 F/g,功率密度为1542 W/kg,能量密度为22.98 Wh/kg。通过此研究为金属氧化物电极的设计提供了指导,并为高性能超级电容器的开发提供了新的道路。2.将过渡金属氧化物（MnO₂、Co₃O₄、NiO、NiS、Co（OH）₂、CuO）分别置于空气和氢气气氛下进行处理,并进行电化学测试来研究氧空位对材料电化学性能的影响。结果发现,相比于在空气气氛下处理,氢气下处理后的电极材料其电化学性能有不同程度的提高。我们认为,电极材料由于经过氢气处理产生了更多氧空位,而氧空位作为受主,能够吸引更多的氢氧根离子参与电化学反应,最终导致其电化学性能的提高。以MnO₂为例,在电流密度为1 A/g时,比电容从1520 F/g提高到2165 F/g。通过此研究可以帮助开发具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命的超级电容器。3.通过Co掺杂制备具有丰富氧空位的α-MoO_3-x(Co-MoO_3-x)微米球,并以此作为超级电容器电极材料。我们发现,氧空位的引入不仅极大地增加了α-MoO₃层间间距、提高了电导率,而且可以使得α-MoO₃结构在K⁺的嵌入和脱出过程中晶体结构得以维持,从而显著增强其电容器电化学活性。本文以Co-MoO_3-x电极为正极,活性炭（AC）为负极组装不对称超级电容器,其功率密度为763 W/kg,能量密度为55 Wh/kg,并且表现出良好的循环稳定性。