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超级电容是一种能够快速充放电的储能装置。由于其具有充放电响应时间短、功率密度高和循环寿命长等优点,在应用方面具有很大的前景,如电动汽车、推进新能源开发、移动电子设备储电等。一维纳米材料可以给电子和离子提供有效的传输通道、并且和固态纳米结构相比,纳米管结构通常在使用较少的电极材料的同时,提供更大的表面积,导致其质量比电容会有个很大提升。阳极氧化TiO2纳米管因其制备方法简单、纳米管垂直基底分布、孔径和长度可调、可实现大面积制备等优点;其次TiO2纳米管大的比表面积和管状结构适合作为超级电容电极材料来研究。论文的主要内容如下:首先,我们对阳极氧化TiO2纳米管制备过程中各项实验参数对阳极氧化的电流时间关系曲线和得到的TiO2纳米管形貌的影响进行了对比实验。对于时间曲线部分来说:随着电解液水含量的增加、NH4F质量的增加和电压的增加,进入稳定阶段的阳极氧化电流也在增加,纳米管有较大的生长速率;随着NH4F质量的增加和电压的减小,时间电流曲线峰值对应时间在减小,在更短时间内形成纳米管。对于纳米管的形貌来说:搅拌转子转速的增加、阴极阳极之间电极间距的减小、水含量的增加、氟化氨含量的增加和电压的增加都有助于获得表面干净没有阻挡层附着的TiO2纳米管。在电解液水含量为10vol%、NH4F含量为0.5wt%、搅拌转子转速为150r/min、阴极和阳极之间距离为2.5cm、氧化电压为60V时得到的TiO2纳米管具有良好的形貌,纳米管的长度在6.8μm左右。阳极氧化电压和得到的TiO2纳米管的管径为线性关系,纳米管直径约为氧化电压的4倍。其次,我们对TiO2纳米管进行了不同温度和不同时间的退火处理,比较了他们的电化学性能:在退火2h的条件下,退火温度和电容之间没有明显的变化规律,但是随着温度的升高电容从赝电容主导转变为双电层占主导;在退火温度为450℃条件下,随着退火时间的增加,纳米管的电容在下降。在5mV/s的扫描速率下,还原TiO2纳米管具有最大的电容:478μF/cm2,退火TiO2纳米管电容为312μF/cm2。未处理、退火和还原TiO2纳米管的循环性能依次提高,电容保留百分比依次为2.71%、31.65%和94.31%。之后我们对比了未处理、退火和还原TiO2纳米管的充放电特性发现:退火和还原TiO2纳米管和未处理纳米管相比,其储能效率有明显提高;还原TiO2纳米管具有最大的充放电能量和储能效率。根据不同充放电电流计算得到的Ragone曲线表明:还原TiO2纳米管具有最大的功率密度24.58W/kg时,能量密度为0.05422W·h/kg,是未处理TiO2纳米管能量密度的27.2倍,是退火TiO2纳米管能量密度的68.2倍。还原TiO2纳米管具有更好的储能性能,主要在能量密度上有很大的提升。对退火TiO2纳米管的三电极法测试表明,其在加正偏压下为n型半导体,在CV循环中加正压一极在较小电流、较短时间内就能达到1V电压,使得加负压一极的电荷积累过程不能在CV循环中体现出来,限制了电容提升。最后,我们制备了不同电压下还原的还原氧化石墨烯复合TiO2纳米管复合电极材料。在1V、1.25V、1.5V、1.75V、2V电压下还原30min的样品电容性能随电压的增大,电容值在增大,循环性能在提高;复合电极在低扫描速率下的电容也在增大,电极的倍率性能在下降。在还原电压为2V扫描速率为2mV/s的样品中有最大电容3.71mF/cm2。将氧化石墨烯膜和TiO2纳米管组成非对称超级电容,循环250圈之后,剩余电容百分比为64.23%。在2mV/s的扫描速率下有最大的电容值13.35mF/cm2。电流阶跃和交流阻抗都表明其内部电阻非常大,不能直接作为超级电容使用。