由于环境问题日益突出,超级电容器作为重要的新能源器件引起了社会的广泛关注。如何在保证功率密度和电化学稳定性的前提下,提高超级电容器能量密度和倍率性能是目前研究者面临的主要挑战,利用材料在某一方面的优异性能,通过有效的组合获得优点突出的复合材料可以有效改善这一问题。本论文从提高电极材料的电化学性能出发,将多种材料组合在一起,设计出了导电性好、比表面积大和电子传输速率快的同轴纳米线结构电极材料。利用官能团与共价键的作用,将导电性优良的碳纳米管（CNTs）、聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）以及理论比电容高的MnO₂、MoS₂等材料组合在一起,成功制备出了同轴纳米线结构复合物,表现出突出的电化学稳定性与优异的比电容性能。具体研究成果如下:1.通过研磨与超声分散结合的方法获得了PDEOT:PSS均匀包覆在CNTs表面的PEDOT:PSS/CNTs同轴纳米线结构复合物薄膜。PEDOT:PSS/CNTs复合物薄膜的电阻率约为CNTs薄膜的1/10,体积比电容约为CNTs薄膜的两倍,同时表现出非常好的柔韧性。2.使用恒电流沉积的方法让超薄的MnO₂纳米片垂直生长在PEDOT:PSS/CNTs表面,形成了一种稳定的三元同轴结构复合物MnO₂/PEDOT:PSS/CNTs,这种复合物被用作电极正极材料时具有非常高的比电容、良好的倍率性能以及优秀的循环稳定性。在电流密度为1 mA/cm²、2 mA/cm²、4 mA/cm²、10 mA/cm²和20 mA/cm²时,MnO₂/PEDOT:PSS/CNTs电极的体积比电容分别可达到533 F/cm³、513F/cm³、475 F/cm³、383 F/cm³和265 F/cm³。并且在高电流密度下循环20000次,比电容仍可维持为初始比电容值的129%。而未添加PEDOT:PSS的对照样MnO₂/CNTs电极在1 mA/cm²电流密度下比电容仅为155 F/cm³,经过20000次循环之后电容保持率仅为60%。3.采用水热法合成了MoS₂/PEDOT:PSS/CNTs,经高温退火纯化得到了MoS₂@C/CNTs同轴结构复合物,在1 A/g电流密度下,MoS₂@C/CNTs电极的比电容可达到335 F/g,经过40000次恒电流充放电比电容仍维持在初始值的127%,MoS₂@C/CNTs具有优秀的电容值与极强的稳定性。研究发现MoS₂@C/CNTs中形成了无定形碳嵌入与包覆MoS₂薄片层的现象。插入MoS₂超薄片层的无定形碳成为MoS₂与CNTs之间电子传输的快速通道,而包裹在MoS₂超薄片层上的无定型碳,具有导电与保护的双重作用,既可以增强MoS₂薄片的导电性,又可以在MoS₂的体积反复膨胀时维持其结构稳定。本文制备了三种同轴纳米线结构复合物,MnO₂/PEDOT:PSS/CNTs与MoS₂@C/CNTs两种复合物通过高导电的中间层有效衔接壳层与核层,既能促进电子的有效传输,又能提高复合物的稳定性。本文使用的MnO₂与MoS₂价格低廉,在高性能超级电容器市场化过程中也有很大的应用前景。