1.课题背景

随着社会的进步与发展，人们逐渐意识到了我们面临着严重的能源危机，作为驱动工业运转的最重要能量来源#8212;#8212;化石能源，由于其不可再生且污染严重越来越遭到人们的唾弃，尤其是环境污染所带来的雾霾天气更是影响着人们的正常生活与工作。所以找到一种可替代的清洁能源是相当紧迫的。电能虽然不是一种直接能源，但是其来源广泛，风能、太阳能、潮汐能等都可以转化为电能而成为人们的生产生活提供所需能量，所以电能是一种比较理想的替代性能量来源。而对于电能来说，最重要的就是能量如何存储和释放，因此储能装置成为了研究的关键^[1]。

然而，传统报道的金属氧化物及其复合材料多为粉末状态，仍需要在高分子助剂辅助下涂覆在集流体上制备成电化学存储器的电极，不仅增加了电极材料制备工艺流程，且高分子助剂的引入增加了电极的内电阻和界面电阻，且粉末状电活性物质容易团聚，这些问题降低了电极材料的电化学存储性能，增加了生产成本^[2]。针对上述问题，最近研究工作直接将金属氧化物生长在集流体镍泡沫上，相对传统电极制备方法，具有以下这些优势：(1)采用化学一步法将电化学活性物质金属氧化物直接生长在集流体镍泡沫骨架上，相对传统涂覆型，简化了制备工艺流程；(2)电化学活性物质金属氧化物直接生长在集流体镍泡沫骨架上，且不需要引入导电性能差的高分子，相对传统电极，降低电极的内电阻和界面电阻；(3)电化学活性物质金属氧化物直接生长在集流体镍泡沫骨架上，具有三维多孔结构，且金属氧化物的结构形貌容易控制，增加了电活性物质的电化学接触面积，减少了因为电化学反应引起的体积变化而导致的结构破坏，因为这些特性，金属氧化物直接生在在镍泡沫上，期望具有更好的电化学存储性能、使用寿命和耐久性^[3-4]因而，近年来，Co₃O₄／镍泡沫复合电极材料的制备及其超级电容性能得到广泛注意和研究。

2.概述

超级电容器是20世纪七八十年代发展起来的一种新型储能器件，具有优良的脉冲充放电性能，功率密度高于蓄电池，能量密度又高于传统电容。此外，超级电容器充放电效率高(大于90％)，寿命超长(百万次以上)，适用温度范围宽，可在－40～70℃。因具有这些独特的性能，超级电容器吸引了众多科研人员的关注，也使得超级电容器在电力、工业、交通等领域，包括现今无处不在的移动电子设备、电力系统的元器件和新能源汽车下一代能量储存系统等方面，取得了不少商业化的应用。

超级电容器，又叫做法拉利电容器，或称为黄金电容器。从储能机理上来看，超级电容器分为双电层电容器和赝电容器，是介于传统电容器与化学电源之间的一种新型储能元件，因其功率特性好、安全性较高、充电时间短、循环寿命长、绿色环保等优势，目前在很多应用领域都受到广泛关注^[5-6]。

电极材料的选择是影响超级电容器性能的主要因素，现有的电极材料主要有碳材料、导电聚合物及金属氧化物。碳材料虽然取材容易，而且其导电性也比较高，但是它的储能能力较差，其比电容量及能量密度较低，不能满足实际要求^[7-8]。导电聚合物的活性材料较易脱落、循环稳定性较差以及实际利用率较低^[9]。金属氧化物作为一类超级电容器电极材料以其极佳的特性吸引了人们的目光。跟传统的碳材料相比较，金属氧化物由活性材料表面以及体相中发生的氧化还原反应来储存能量，因而具有更高的能量密度和比电容量；而相对于导电聚合物来说，金属氧化物具有相对更高的循环稳定性和有效利用率。此外，金属氧化物还具有形貌尺寸大小可控、原料丰富、取材容易等优点^[10]。因而，金属氧化物是非常具有研究潜力的超级电容器材料。

3.四氧化三钴作为超级电容器电极材料

传统报道的金属氧化物及其复合材料多为粉末状态，仍需要在导电性能差的高分子助剂辅助下涂覆在集流体上制备成电化学存储器的电极，不仅增加了电极材料制备工艺流程，且高分子助剂的引入增加了电极的内电阻和界面电阻，且粉末状电活性物质容易团聚，这些问题降低了电极材料的电化学存储性能，增加了生产成本^[12]。针对上述问题，最近研究工作直接将金属氧化物生长在集流体镍泡沫上，相对传统电极制备方法，具有以下这些优势：

(1)采用化学一步法将电化学活性物质金属氧化物直接生长在集流体镍泡沫骨架上，相对传统涂覆型，简化了制备工艺流程；