超级电容器具有充放电速度快、效率高、循环寿命长、工作温度范围宽和免维护等诸多优点，在能源、通讯、交通、电力电子、国防等领域有着十分广阔的应用前景。但与传统的二次电池相比，其能量密度较低主要受制于电极材料较低的比电容。赝电容材料相对于双电层电容材料有着更高的理论比电容，是最有希望提高超级电容器能量密度的材料。然而目前的赝电容材料还存在着成本高、材料利用率低、倍率性能及循环稳定性不足等问题。基于上述研究背景，论文以廉价的过渡金属氧化物及氢氧化物为研究对象，通过构筑赝电容材料的多级多孔结构以及与石墨烯复合构筑杂化材料两种手段来提高材料的电化学性能。　　 研究内容包括:　　 (1)多级多孔氧化镍及氢氧化镍的无模板法构筑及其非对称超电容性能研究　　 发展了一种制备氢氧化镍多级多孔结构的溶剂热方法，氢氧化镍经煅烧后得到多级多孔的氧化镍，合成过程中没有引入任何的软硬模板及表面活性剂。以氢氧化镍或氧化镍为正极，商业活性碳为负极，组装了非对称超级电容器。考察了电极的质量比、电容器电压工作范围以及电流密度对电容器性能的影响。氢氧化镍和氧化镍的比表面积分别达为95.3m2g-1及149.6m2g-1。电化学结果显示氢氧化镍和氧化镍在5mVs-1时，比电容分别达到了1211Fg-1和637Fg-1，但在50mVs-1时分别降到了387Fg-1和434Fg-1。以氧化镍与活性碳组装的非对称电容器(NiO//AC)的比电容值比氢氧化镍(Ni(OH)2//AC)小，但是其倍率性能和循环稳定性远远好于氢氧化镍。氢氧化镍的结晶性差，可提供更多的活性位点及更好的浸润性，因而其比电容较大。氧化镍较大的比表面积及更丰富的孔隙结构能够更快的进行离子传输，因而其倍率性能较好。此外，结晶性较差的氢氧化镍在充放电时更容易遭到破坏而失去电接触，从而造成容量的大幅衰减。　　 (2)多级多孔镍钴二元金属氧化物的制备及其超电容性能研究　　 采用无模板法合成了多级多孔的二元镍钴氧化物，通过调控前驱体中镍盐和钴盐的比例，合成得到了镍/钴摩尔比为1∶1和1∶2的二元金属氧化物(Ni-Co-O-1及Ni-Co-O-2)。材料具有银耳状形貌，由厚度～10nm的薄片堆积而成，比表面积分别为153.2m2g-1及113.2m2g-1。所得到的二元氧化物中的镍和钴的摩尔比与前驱体中的几乎一致。电化学性能测试结果表明二元镍钴氧化物的性能都优于单一的氧化镍或氧化钴，主要是由于二元氧化物中形成了立方相NiCo2O4，其电化学活性和导电性都显著高于氧化镍或氧化钴。Ni-Co-O-1和Ni-Co-O-2在1Ag-1下的比电容分别为778.2Fg-1和637Fg-1，在10Ag-1相对于1Ag-1的倍率保持率分别达到了84.2％和92.3％。经过完全活化后在4Ag-1下更是达到了约971Fg-1和1550Fg-1，经过1000次循环后仍然保持在约907Fg-1和1450Fg-1，而氧化镍和氧化钴在1Ag-1时比电容分别只有518.2Fg-1和460.3Fg-1。说明制备的二元多级多孔镍钴氧化物的电化学性能非常优异。　　 (3)均相沉淀法制备大表面积氧化镍及超电容性能研究　　 采用均相沉淀方法制备了大比表面积的氧化镍，在250℃和300℃(S250及S300)煅烧得到的氧化镍的比表面积分别达144.7m2g-1和159.1m2g-1，在300℃煅烧时会产生大量的微孔（微孔的比表面积79.0m2g-1）。电化学性能测试结果显示:样品S250和S300在1Ag-1的比电容分别达到了1112Fg-1和766Fg-1，在15Ag-1相对1Ag-1的倍率保持率分别为48.6％(540Fg-1)和70.5％(540Fg-1)，在4Ag-1循环2000次后两者的容量分别衰减为原来的74.5％和96.3％。提高煅烧温度，使材料的晶粒尺寸变大，有效比表面积减小，导致比容量衰减，但较好结晶性也提高了材料的导电性及稳定性，从而改善了其倍率保持率及循环稳定性。　　 (4)石墨烯-氢氧化镍纳米复合材料的构筑及超电容性能研究　　 发展了两步法制备石墨烯-氢氧化镍纳米复合材料的技术。提出了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助下用肼还原氧化石墨烯，制备高分散性、少层石墨烯。通过醋酸镍的缓慢水解在石墨烯表面原位生长层状的氢氧化镍。复合材料是由厚度几个纳米、尺寸几十纳米的氢氧化镍片紧紧包裹在石墨烯的表面而组成的。复合材料中氢氧化镍的含量高达84.5wt％，在1和10Ag-1时比电容分别达到1828Fg-1和780Fg-1，远高于氢氧化镍的457Fg-1和120Fg-1。性能改善的主要原因是由于石墨烯的引入提高了活性材料的导电性，增加了活性材料与电解液的有效接触，从而大幅提高了材料的利用率及电子的传输速率。