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超级电容器，又称为电化学电容器，是一种新型的能量存储和转换器件。与传统双电层电容器相比，它具有更高的能量密度；与二次电池相比，它具有更高的功率密度和更长的循环寿命。由于这些特性，使它在信息技术、移动通讯、家用电器以及混合动力电动汽车等领域有广阔的应用前景。 由于超级电容器的电化学性能在很大程度上取决于其电极材料，所以超级电容器的研究主要集中在电极材料的研究。二氧化锰由于具有资源丰富，价格低廉，环境友好，电化学性能好等特点，已被广泛应用于超级电容器的电极材料。本论文以二氧化锰材料为研究对象，制备了几种隧道结构与层结构的二氧化锰，并对它们的隧道空间结构与层结构及其电化学电容性能进行了系统的研究。主要研究内容、研究成果及研究的创新点如下： 1.钡镁锰矿的制备及其隧道空间结构和超级电容性能的研究。通过水热法合成了具有3×3大隧道结构的钡镁锰矿(T-MnOx)，并将其应用于超级电容器电极材料。通过X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的钡镁锰矿的结构和形貌进行表征，并采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(CD)以及交流阻抗法(EIS)对制备的钡镁锰矿进行电化学性能的测试。测试结果表明，钡镁锰矿电极的比电容在前1000次电化学循环中迅速增加，然后，比电容随着循环次数的增加而缓慢增加，4000次电化学循环后，比电容达到最大值，在2mVs-1的扫描速率下，最大比电容为220Fg-1。之后，比电容随着电化学循环次数的增加而基本保持不变，经过23000次电化学循环后，钡镁锰矿电极的比电容相对于最高比电容只衰减了6％左右。上述实验结果表明，钡镁锰矿是一种较为理想的超级电容器电极材料。 2.层状Mg-buserite的制备及其结构和电化学性能的表征。通过离子交换的方法合成了一种层状结构的二氧化锰(Mg-buserite)，这种二氧化锰具有较大的层间距(10A)，层间含有一层镁离子和两层水分子来支撑结构。通过循环伏安法、恒流充放电法以及交流阻抗法对制备的Mg-buserite在0.1molL-1Na2SO4电解质溶液中进行了电化学性能的测试。测试结果表明，Mg-buserite电极的比电容在刚开始的电化学循环中快速增加，500次电化学循环后，比电容达到最大值，在1mVs-1的扫描速率下，最大比电容为164Fg-1。之后，比电容随着循环次数的增加而基本保持不变，只有少量的衰减，经过22000次电化学循环后，Mg-buserite电极的比电容还能保持最大比电容的94％左右。Mg-buserite电极具有这么好的电容性能和电化学循环稳定性主要是由于Mg-buserite具有较大的层间距，大的层间距不仅有利于电解质离子在层间的嵌入和脱出，并且能够容纳更多的电解质离子，从而使其显现出较好的电化学性能。 3.层状二氧化锰的剥离和自组装及其超级电容性能的研究。我们首先将层状的二氧化锰剥离为单层的二氧化锰纳米片，然后这些二氧化锰纳米片在自身负电荷和四甲基铵正电荷的静电作用力的驱动下，通过自组装的方式重新组装为一种新的层状二氧化锰--自组装二氧化锰。这种自组装二氧化锰是由二氧化锰纳米片规则、有序地排列而成，两层二氧化锰纳米片之间的有效间隔大约为0.67nm。较大的层间有效间隔有利于电解质离子的快速交换和脱嵌。我们分别用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法对其进行电化学电容性能的研究。研究结果表明，这种自组装二氧化锰具有较好的电化学电容性能，在0.5Ag-1的电流密度下，其比电容为180Fg-1，经过10000次电化学循环以后，其比电容还能保持其初始比电容的90％左右。上述实验结果表明，这种自组装二氧化锰是一种较好的超级电容器电极材料。