摘要
近年来，人们的环保观念日益增强，全球对绿色、清洁可持续能源的需求不断攀升。因此，寻找高效能、低成本且环境友好的电极材料已成为电化学储能领域的研究焦点。超级电容器作为一种新型的电化学储能设备，因其具有高功率密度、快速充放电、长寿命、低成本和环保等优势，是提高研究者关注的研究热点之一。电极材料是影响超级电容器性能的主要因素。在传统的电极材料中，碳材料、导电聚合物和金属化合物较为常用。其中，双金属氢氧化物因其往往具有较高的电化学氧化还原活性，成为理想的赝电容电极材料。复合电极材料相较于单一电极材料，能发挥多组分优势及协同作用，提升超级电容器的性能和实用性。因此，研究人员在探索不同材料的复合电极材料，以提高超级电容器的电化学性能和实用性。本文以获得电化学活性面积大、导电率高和结构稳定的高性能超级电容器的正极材料为出发点，设计制备了两种形貌可控、电化学性能优异的双金属氢氧化物/碳材料纳米复合材料修饰电极。通过对纳米复合材料的结构和性质进行表征和电化学测试，深入探讨了修饰电极的电化学储能性能及其影响因素,阐明了其能量存储机制。具体工作内容如下: （1）利用水热法在泡沫镍基底上合成了石墨烯复合的纳米针状MnCo-LDH/GO纳米复合材料，这种形貌独特的材料具有较大的比表面积，可以提供更多的活性位点，从而提高材料的电化学储能性能。对该材料进行电化学测试，实验结果表明该材料在1A/g的电流密度下表现出1634F/g的高比电容值，在5000次循环后仅有12％的电容损失。在相同条件下，其电化学性能远高于MnCo-LDH。此外，用MnCo-LDH/GO复合电极材料用做正极，活性炭（AC）作为负极时，组装的MnCo-LDH/GO//AC非对称超级电容器，在1372W/kg的功率密度下展现了34.35Wh/kg的高能量密度。 （2）以泡沫镍作为基底，通过恒电位电沉积工艺制备了一种具有花状纳米片结构的MnCo-LDH/MXene纳米复合材料，该材料具有的三维网状结构能够为电子和离子的传输提供更多的通道，同时能够有效地防止材料多次充放电后团聚。测试结果表明该材料在1A/g的电流密度下可以达到715.6F/g的高比容量，此外在10A/g的电流密度下，该复合电极材料的电容保持率达到90％,且在该电流密度下经过5000次循环后容量仍保持在初始电容的86.1％。与MnCo-LDH相比，经MXene改性后的电极材料其倍率性能、循环稳定性等均有明显提升。以该材料用作正极，活性炭用作负极组装了非对称超级电容器，在功率密度为699.8W/kg时可保持24.32Wh/kg的能量密度。
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