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自19世纪70年代电动马达和发电机发明以来,电能成为最重要的二次能源,并成为能源的主要消耗方式。电能可以从燃烧煤、太阳能、水能、风能等各种能源转换,并已经渗透到人类生活的方方面面。随着当代工业的迅猛发展和全球人口的持续增长,人类对电能的需求急剧增加,电能的储存变得越来越重要、复杂。开发低价、高效、安全、环境友好的电能储存系统显得尤为重要。在不同的能量存储系统中,电化学能量存储有着显著的优越性,如高效性、多样化和灵活性,是目前最有前景的手段之一。超级电容器和锂离子电池是目前最典型、应用最广的电化学储能装置。超级电容器具有较好的大电流充放电特性和优异的循环性能。然而,由于能量密度低,超级电容器在许多领域的应用受到了限制。锂离子电池作为电化学储能装置的另一典型代表,与以前的蓄电池体系相比,具有很多优点,如能量密度大、放电电压高、自放电低、无记忆效应、循环寿命长、环境友好。因此,从1995年大规模生产以来,其发展非常快,并推动了相关产业的发展,如手机、笔记本电脑、数码相机、数码摄像机、MP3、MP4等便携电子产品的出现。尽管锂离子电池已研究多年,在实际的应用中由于容量较低、循环次数有限,仍不能满足人们的需求。无论是超级电容器还是锂离子电池,所使用的电极材料都是整个系统的核心,它直接决定了产品的性能。而对于电极材料本身来说,微观形貌、结构、电导率、比表面积等都对其性能的发挥起着重要的作用。本论文旨在针对目前电极材料的不足,从形貌、结构、电导率、比表面积等方面对材料进行优化,并研究了这些因素对电化学储能性能的影响。具体的研究内容如下：1.成功制备了卷曲的鳞状的碳束阵列。首先以生长在Ti片基底上的ZnO纳米线阵列为模板,通过CVD法,在ZnO表面沉积卷曲鳞状的碳层,接着用盐酸溶液溶解掉ZnO核,即可获得碳束阵列。采用SEM、XRD、TEM、拉曼光谱仪、BET等多种表征手段研究样品的形貌、结构、电导率等,发现碳束阵列的比表面积较大、电导率较高。将碳束阵列作为超级电容器的电极,容量较高,循环性能非常好,循环10000次以后容量保持率约为81%。与这种鳞状的碳束阵列相比,紧密包裹在ZnO表面的碳阵列的容量明显较低。2.采用两步法在镍网上合成了Ni(OH)2/石墨烯混合电极。首先以镍网为模板和催化剂,采用CVD法在其表面沉积一层石墨烯,接着采用水热法获得了均匀分布的三维网络状的Ni(OH)2。产物的形貌、结构由SEM、XRD、TEM、FT-IR和拉曼光谱表征,电化学性能由传统的三电极系统测试,结果表明,所得电极在10A/g的电流密度下比电容高达1440F/g,在更大的电流密度下(20A/g)比电容仍然有1300F/g,并且循环2000次后,比电容基本不变,显示出优异的电化学性能。石墨烯的存在对于Ni(OH)2发挥优异的电化学性能非常重要,如果将Ni(OH)2直接生长在空白镍网上,循环性能2000次后,容量保持率还不到初始比电容的31%。3.成功获得了自组装三维花状的Ni-Fe LDH。以FeCl2、Ni(NO)3为铁源和镍源、乙二醇和去离子水的混合溶液为溶剂、尿素为沉淀剂,采用低温溶剂热法获得了花状的Ni-Fe LDH粉末。初步讨论了反应机理和自组装演化过程。研究了溶剂的组成和铁源对产物的影响。将Ni-Fe LDH沉积到Ti片表面获得薄膜,采用传统的三电极体系测试了薄膜作为超级电容器电极的性能。另外,对Ni-Fe LDH粉末进行简单的退火,获得了多孔的片状NiO/NiFe2O4。4.采用水热法获得了结晶度非常好的MgSn(OH)2纳米方块。将MgSn(OH)6前驱体在高温下退火,最终得到Sn02和Mg2SnO4的复合物。这种复合氧化物中,Sn02作为电活性材料,Mg2SnO4作为非活性的结构基质,可以缓解Sn02在循环过程中体积的急剧变化,从而提高Sn02的循环性能。另外,通过控制MgSn(OH)2前驱体的尺寸,研究了SnO2/Mg2SnO4的尺寸对容量和循环性能的影响。