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由于世界人口的持续增长和石化燃料的快速消耗,能源紧缺成为当今世界面临的重大危机,可再生能源如风能、太阳能和潮汐能等受到人们的关注,低成本、高效率、环境友好的储能装置研发也成为可再生能源开发利用的关键技术,如锂离子电池、燃料电池和超级电容器等。超级电容器由于其功率密度高,循环寿命长,倍率性能好等优点,得到越来越多研究者的关注。超级电容器电极材料根据储能机理分类,主要可分为双电层电容和赝电容两大类,前者主要以碳材料作为其电极材料,通过极片和电解液之间的电荷分离来存储电能;赝电容电极材料则通过氧化还原反应储存电能,相对于双电层电容表现出更高的比电容性能。因此,随着对储能材料性能要求的不断提高,研究和开发高性能的赝电容电极材料成为关键。为提高赝电容材料的比电容性能,本论文采用不同方法制备了镍基超级电容器电极材料,详细研究了材料表面形貌、物理化学特性对比电容性能的影响。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)通过简单的溶剂热法合成了双金属Ni/Co金属有机骨架化合物,并将其作为电极材料应用于超级电容器。X射线衍射仪(XRD)测试表明,Co元素的掺杂并未改变Ni3(BTC)2·12H2O的原始晶态结构;所制备的Ni/Co-MOF在1和10 A/g的电流密度下,比电容分别达到1067和780 F/g,并且在10 A/g的高电流密度下循环2500次,比电容保持率为68.4%。这些结果表明双金属Ni/Co金属有机骨架化合物具有优异的电化学性能。本文的制备方法可被应用于制备其他双金属MOFs材料,并提高其导电性能。(2)通过一步电化学沉积法在泡沫镍(Ni foam,NF)集流体上制备了 3D硫化镍(Ni3S2)材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对所制备材料的物化结构和形貌进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。测试结果表明,制备的Ni3S2/NF-10材料具有相互连接的3D结构,表现出优异的赝电容性能。在1 A/g电流密度下,比电容高达2850F/g。将电流密度提高到10A/g,该材料比电容仍能达到1972F/g,说明其具有优异的倍率性能。测试结果表明所制备的Ni3S2材料有望应用于电化学储能领域。(3)采用氢气鼓泡法预处理泡沫镍集流体,然后再通过循环伏安法原位电沉积Ni3S2活性材料,制备了 Ni3S2-多孔镍@泡沫镍(Ni3S2-Ni@NF)电极。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)对其物相结构进行了表征,并利用电化学工作站测试了其电化学性能。测试结果表明,制备的Ni3S2-Ni@NF材料表现出优异的赝电容性能,在2mA/cm2的电流密度下,比电容达到4.56 F/cm2,且具有优异的倍率性能(4.06 F/cm2@20 mA/cm2)和循环性能(72.96%,10 mA/cm2的电流密度下1000次循环)。(4)采用一步水热法在泡沫镍表面制备了自支撑的多孔的Ni3S2活性材料Ni3S2@NF,并通过调控反应时间研究了 Ni3S2活性材料在泡沫镍表面的生长过程。研究结果表明,通过水热法合成的Ni3S2活性材料在泡沫镍表面可生成疏松多孔的膜层状结构。随着水热时间的延长,泡沫镍表面覆盖的颗粒尺寸不断增大,且颗粒与颗粒之间的孔洞减少,但颗粒之间仍存在空隙。通过电化学测试表明,12 h水热时间制备的Ni3S2@NF-12材料表现出最高的比电容性能(1.87 F/cm2 at 2 mA/cm2)。为进一步提高Ni3S2活性材料的电化学性能,将泡沫镍材料进行了刻蚀处理,在其表面制备出3D网状结构,并以此为集流体通过一步水热法制备自支撑的Ni3S2活性材料Ni3S2@MNF(Modified NF),通过分析表征,发现以刻蚀后泡沫镍为集流体制备的Ni3S2活性材料随着水热时间的延长,材料颗粒并未明显增大,且表面出现絮状的纳米线结构。以其作为超级电容器电极材料,测试结果表明,Ni3S2@MNF相比于Ni3S2@NF表现出更高的比电容性能,在2 mA/cm2电流密度下,达到3.32 F/cm2。