超级电容器作为一类新兴储能器件,由于充放电速率快、循环寿命长、功率密度高等特点,在许多领域得到了广泛的应用。影响超级电容器性能最主要的因素是电极材料,其中,钒基材料具有合成简易、成本低廉及理论比电容值较高等特性,被广泛用作超级电容器电极材料。本文根据钒的化合价从低到高,成功制备出一系列的钒基超级电容器电极材料。研究内容主要包含以下五个部分:1.棒状VIV-MOFs的制备及超级电容性能的研究。为了能够成功制备出VIV-MOFs(VIV(O)(bdc),5bdc=1,4-对苯二甲酸),本文首先从制备最为常见的Ni-MOFs入手,以六水合硝酸镍、对苯二甲酸为原料,通过溶剂热法,制备出一种新型的手风琴状Ni-MOFs,并将它作为超级电容器电极材料。通过对制备Ni-MOFs的方法加以改进,随后以硫酸氧钒、对苯二甲酸为原料,同样通过溶剂热合成了一种棒状VIV-MOFs超级电容器电极材料,其比表面积为116.8 m2g-1。在三电极的测试条件下,棒状V-MOFs在1.0 A g-1的电流密度下,其比电容为520.8 F g-1,同时具备出色循环稳定性。随后将所制备的棒状V-MOFs作为正极材料,活性炭作为负极材料,分别构建了水系和固态非对称超级电容器,发现无论是在水系还是固态条件下,其都具备优异的超级电容性能。棒状VIV-MOFs的合成以及超级电容性能的探究结果为一步开发MOFs基的高性能超级电容器电极材料提供了借鉴。2.CuV2O5纳米带设计制备及超级电容性能的研究。以广玉兰树叶、硫酸铜为起始原料,用一步水热合成了剪纸状的Cu超结构。再将所制备的Cu超结构与V205,双氧水进行水热反应,合成出CuV2O5纳米带,并将其用作超级电容器电极材料。在三电极的测试条件下,在1Ag-1的电流密度下,比电容可达701.3 Fg-1,经历10000次充放电循环后,其电容保持量为91.2%。在非对称超级电容器体系下(CuV2O5纳米带和活性炭分别作为作为非对称超级电容器的正极和负极材料),在功率密度为86.4 W kg-1时,超级电容器的能量密度为34.8 Wh kg-1,当超级电容器的功率密度增加到1515.3 W kg-1时,超级电容器的能量密度仍能达到24.8 Wh kg-1。3.非晶AlV3O9微球的合成及超级电容性能研究。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂和软模板,通过简单的一步水热方法,合成非晶AlV3O9微球。将非晶AlV3O9微球用作超级电容器电极材料表现出了优异的超级电容性能,具体表现为较高的比电容(在电流密度为1 g-1 的条件下,非晶AlV309微球的比电容可达545 Fg-1 和优异的循环稳定性(在1 A g-1的电流密度下循环10000次,仅有11%的比电容损失)。进一步,将非晶AlV3O9微球作为正极,活性炭作为负极组装成非对称超级电容器,实现在功率密度1124.4 W kg-1的情况下,能量密度可达37.2 Wh kg-1。4.三维带状结构AlV3O9的合成及超级电容性能研究。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂和软模板通过简单的水热方法合成三维带状结构AlV3O9。制备出的AlV3O9具有三维带状多孔结构,是理想的超级电容器电极材料。在三电极的测试条件下,在1Ag-1的电流密度下,比电容可达521 Fg-1,在经历10000次充放电循环后,其电容保持量为91.5%。将三维带状结构AlV3O9做正极和活性炭做负极组装成非对称电容器,该超级电容器呈现出长的循环寿命(循环10000次后,电容仅衰减7.4%)。5.花状结构Co3V2O8的合成及超级电容性能研究。以乙酰丙酮钴、偏钒酸铵和四丁基溴化铵为原料,通过简单的溶剂热法成功制备出花状结构Co3V2O8。该电极材料在电流密度为1 A g-1时,比电容可达773.1 F g-1。由花状结构Co3V2O8正极与活性炭负极组成的非对称超级电容器在水溶液中的窗口电压为1.6 V,当电流密度为1 A g-1时,经过10000次充放电循环,该非对称超级电容器的比电容可保持其初始值的93.2%;当功率密度为400.2 W kg-1时,其最大能量密度可达41.8 Wh kg-1。