摘要
随着不可再生能源的逐渐耗尽，亟待开发可再生能源以适应现代社会的发展。此外，我国“双碳”战略目标也强调了开发可再生能源的必要性。因此，急需先进的可再生能源转换和存储设备来克服其开发与使用上的时间和空间偏差。电化学储能设备凭借高能量转换效率、高能量密度和功率密度等优点，成为了极具前景的储能手段之一。其中，锂离子电容器（LICs），作为一种综合锂离子电池（LIBs）和超级电容器（SCs）优势的新型混合储能体系，极具潜力。多孔碳材料凭借低成本、易制备、丰富储量和高稳定性等优势，被视为前途无量的LICs电极材料。基于多孔碳有限的容量，本文结合盐模板、气相包覆和原位热解法，通过复合改性、孔结构调控、元素掺杂和三维纳米结构设计，制备出一系列用于构建高性能LICs的三维氮掺杂多孔碳（3DNC）和过渡金属氧化物纳米颗粒（TMOsNPs）复合电极材料。对制得的复合电极材料进行了物化特性和电化学性能表征，并深入分析了物化特性和电化学性能的关系。主要研究内容如下： （1）通过优化表面活性剂含量、重结晶温度、离子浓度和溶剂种类，实现了对NaCl晶体形状和尺寸的调控。在高PVP含量、低重结晶温度、低离子浓度和低溶解度醇的条件下，NaCl晶粒尺寸明显减小。最终制得均匀的近立方体纳米NaCl（~400nm）。该方法也适用于制备其他水溶性盐模板（KCl、KBr和BaCl2）。 （2）结合盐模板、气相包覆和原位热解，制备出碳层厚度、N掺杂浓度、孔结构和石墨化程度等结构可控的3DNC和CuONPs复合电极材料（3DNC@CuO-X）。其中，3DNC@CuO-9h作为LICs负极具有817.1mAhg-1的高比容量，在10Ag-1下经5000圈循环后，仍维持初始容量的100.2%。作为LICs正极，其比容量可达42.6mAhg-1，在5Ag-1下经5000次充放电后，仍维持初始容量的98%。由3DNC@CuO-9h构建的LICs在226Wkg?1下具有140.2Whkg?1的高能量密度，经5000圈循环后，依旧保留初始容量的99.2%。 （3）以活化能力更强的FeCl3代替CuCl2，制得3DNC和Fe2O3NPs复合电极材料（3DNC@Fe2O3-X）。其中，3DNC@Fe2O3-700作为LICs负极的比容量高达946.6mAhg-1，在20Ag-1下经5000圈循环后，仍保持初始容量的106.5%。作为LICs正极，其比容量可高达82.1mAhg-1，在5Ag-1下经5000圈循环后，仍维持初始容量的100%。由其组成的LICs器件，正负极之间的电化学动力学和容量失配问题得到有效地缓解，而表现出更高的能量密度、功率密度（在226Wkg?1下具有206Whkg?1的能量密度）和更优异的循环性能（5000次循环后容量保持率为118.2%）。 （4）利用3DNC@Fe2O3-700构建的水系SCs表现出卓越的性能，在300Wkg-1下具有高达10.45Whkg-1的能量密度，在5Ag-1下经10000次循环后，仍维持初始容量的93%。
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