摘要
大量清洁的新能源被广泛开发和利用，但大多数能源都要转换为电能进行储存并使用，因此迫切的需要高性能的储能器件。目前电容器和电池是常见的储能器件，电池具有高能量密度但其功率密度较低和循环寿命的不足限制了它的使用范围。开发和储存新能源是应对能源危机的有效途径，为了存储不稳定的自然能源，超级电容器因为其循环稳定性长、功率密度高、可逆性好、电压窗口宽、比电容大、充放电时间快引起广泛关注。超级电容器根据储能机制分为两类：赝电容电容器和双层电容器。双层电容器依靠溶液中离子的吸附和解吸，在施加电压时进行能量储存，由于储能过程基本不涉及化学反应，因此在循环稳定性上具有很好的表现。然而，虽然电极材料具有较高的循环寿命，但其能量密度仍然很低。赝电容器是由电解质和电极材料界面上发生可逆的法拉第反应来完成主要的电荷储存，如有机物、过渡金属化合物或具有多种价的磷化物被作为电极材料使用。通过高比表面积和独特的结构加速了氧化还原反应，赝电容材料电容器的性能可以改善。过渡金属草酸盐由于其导电性差、比表面积低等缺点，导致其作为电极材料性能较差，目前主要作为合成金属氧化物的前驱体，但通过合理的结构设计，可以避免这些缺点。本文设计了一种核壳结构，在泡沫铜上原位生长具有高比表面积的氢氧化铜纳米线，再通过水热法在其表面负载过渡金属草酸盐，制备出电极材料，并通过电化学工作站研究其电化学性能。在此基础上，将活性炭（AC）作为负极材料，组装具有高性能的混合超级电容器，探究其器件性能和实际应用。这项研究为制备高电化学性能的草酸盐复合材料提供了新的思路，在草酸盐纳米复合材料的设计合成、电化学性能的提升和实现高能量密度超级电容器等方面具有一定意义上，主要的研究内容包括: 1.在泡沫铜上原位生长氢氧化铜纳米线并与草酸镍复合形成纳米核壳结构的电极材料（简写为CF@Cu(OH)2@NiC2O4）。合成的CF@Cu(OH)2@NiC2O4的比电容可以达到9.7F/cm2（3mA/cm2），对Cu(OH)2纳米线前体电极来说是一个很好的提升，具有优秀的电化学性能。将其作为正极，活性炭作为负极组装的混合超级电容器表现出0.97mWhcm-2（2.4mW/cm2）的高能量密度和出色的循环性能（在100mv/s下循环30,000次后保持82.3%）。据推断，这些性能的提高归功于具有异质结构的新型电极的构造。 2.基于以上研究，提出并设计了一种二元草酸盐异质核壳结构：在泡沫铜上原位生长氢氧化铜纳米线，并与镍钴二元草酸盐复合形成纳米核壳结构的电极（简写为CF@Cu(OH)2@NiCo(C2O4)2）。合成的CF@Cu(OH)2@NiCo(C2O4)2的比电容可以达到12.9F/cm2（3mA/cm2）。将其作为正极，活性炭作为负极组装的混合超级电容器表现出1.67mWhcm-2（2.4mW/cm2）的高能量密度和出色的循环性能（在100mv/s下循环10,000次后保持91.2%）。
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