超级电容是目前世界关注的课题，因其功率大、循环寿命长、高低温性能好等优于电池的特点，在高功率激光武器、电磁炮、电网调频、电动汽车等诸多领域有实际应用价值，研究意义重大。超级电容虽然具有高功率和长循环寿命优点，但能量密度很小。提高超级电容的能量密度同时保持功率和循环特性，是本项目研究的主要内容。其中一个解决方案是采用赝电容材料作为电极材料。赝电容材料在充放电过程中发生二维法拉第反应，因此材料的克容量很高，同时倍率性能也很好，其电化学性能表现为电容行为。如何制备二维结构的赝电容电极材料，在较宽电压范围内发挥其放电容量，是研究的一个重点。本项目研究了超级电容的材料与器件，主要是金属氧化物赝电容材料（氧化钼，氧化铋，氧化钛，氧化铌等）的研究，通过二维纳米材料的设计合成，与导电碳复合与金属掺杂的结合，提高导电性，获得高容量和高倍率性能的赝电容材料。研究设计了二维结构的MoO3材料，通过溶剂剥离法实现了几个纳米厚度（2-6nm）的二维MoO3可控制备，材料表面与电解液充分接触，Li 扩散路径缩短，使容量得到充分发挥，在74 mA/g电流下，可逆容量达到1100 mAh/g，接近理论容量。同时对氧化钛，氧化铋，氧化铌等赝电容复合材料进行了实验研究，提高了材料的容量、倍率和寿命等电化学性能。赝电容金属氧化物与活性碳正负电极构建混合超级电容（a-Nb2O5//AC），表现出35Wh/kg的比能量，比功率大于2kW/kg，循环寿命达到上万次。采用各种分析手段表征材料的物理性能，用电化学方法检测金属氧化物材料和超级电容器件的性能，揭示了材料和器件在充放电循环过程中的反应机理。研究了高电压电池体系，通过添加剂抑制电解液与正极材料在高电压时的反应，延长了电池寿命。项目研究结果发表了58篇高水平论文，被引用766次，申请专利12项，培养研究生18名。项目达到了预期目标，按计划完成任务。 2100433B