与电池和超级电容器相比,电解电容器具有高功率密度(10⁷ W kg^-1)、高循环寿命的优点,但能量密度低。为了提高电解电容器的能量密度,研究者通常采用构建纳米电容器结构、使用高介电常数的电介质材料、增大电介质膜比表面积等方法。本文通过构建纳米结构和使用高介电常数电介质材料的方法,制备具有高能量密度的电解电容器。首先,通过向常规含氟电解液中加入磷酸单丁酯添加剂的方法,实现TiO₂纳米管阵列的快速可控制备。通过改变磷酸单丁酯添加剂的含量和恒流阳极氧化的工艺参数,探究最佳恒流阳极氧化的条件。向常规含氟电解液中加入磷酸单丁酯添加剂可以提高阳极氧化效率,提高TiO₂纳米管的生长速率。在2 wt%NH₄F、2 vol%H₂O、0.2 wt%磷酸单丁酯的乙二醇电解液中,以30 mA cm^-2电流密度氧化15 min,TiO₂纳米管阵列长度为34.5μm,TiO₂纳米管阵列的生长速率高达2.3μm min^-1。然后,将阳极氧化TiO₂纳米管阵列置于钛酸四丁酯（TBT）溶液中进行水热处理,在纳米管中沉积TiO₂纳米颗粒,达到增厚纳米管管壁的目的。再将处理过的TiO₂纳米管阵列,在氨气中高温氮化为TiN纳米管阵列。通过改变TBT浓度、盐酸浓度和水热处理次数,探究制备厚管壁TiN纳米管阵列的最佳工艺。经过在TBT、去离子水和盐酸的体积比为1:15:4的溶液中,90℃下,保温1 h,水热处理三次,可以将TiN纳米管阵列管壁厚度由23 nm增厚至约62nm,耐氧化电压由3.0 V升高至5.5 V。最后,将TiN纳米管在5 wt%五硼酸铵和1 wt%硼酸的水溶液中进行阳极氧化,在其表面制备出TiO₂电介质膜,再通过碱性水热反应将TiO₂电介质膜转变为BaTiO₃膜。探究不同氧化条件对TiO₂电介质膜性能的影响,并比较了TiO₂电介质膜与BaTiO₃电介质膜的性能差异。再次氧化可以修补TiO₂电介质膜内部缺陷,2.5 V电压下再次氧化制备的TiO₂电介质膜性能最佳。工作电压为2.0 V时,TiN纳米管阵列/再次氧化TiO₂电介质膜/电解液体系的比电容为178μF cm^-2,损耗为0.73,漏电流为0.26 mA cm^-2,漏电流常数为0.73μA V^-1μF^-1。通过碱性水热反应5 h,TiO₂电介质膜可完全转化为BaTiO₃膜。工作电压为3.0 V时,TiN纳米管阵列/BaTiO₃电介质膜/电解液体系比电容为97μF cm^-2,损耗为0.35,漏电流为0.04 mA cm^-2,漏电流常数为0.14μA V^-1μF^-1。与TiO₂电介质膜相比,TiN纳米管阵列/BaTiO₃电介质膜/电解液体系的性能有了极大幅度的提升,损耗最高降低了50%,漏电流最高降低了84.6%,漏电流常数为从0.73μA V^-1μF^-1降低至0.14μA V^-1μF^-1。