摘要水系鋅離子混合電容器具有高能量密度和高功率密度等優點，從而到了廣泛的關注。開發高性能鋅離子電容器的關鍵在于尋找電池型電極材料，以匹配其與電容型電極材料之間的功率不平衡。本文通過水熱法制備出了碳納米管與五氧化二鈮的復合物（Nb2O5@CNTs），在0.2A/g的電流密度下放電比容量為257F/g，顯示出其作為鋅離子混合電容器的電極材料的巨大潛力。將Nb2O5@CNTs作為負極，高比表面積的活性炭（AC）作為正極組裝成Nb2O5@CNTs//AC鋅離子混合電容器，該電容器的電壓區間為0～1.9V，在0.2A/g的電流密度下其放電比容量高達95F/g，經過3000次循環后容量保持率為72%，具有良好的倍率性能和循環穩定性，能量密度最高達48W·h/kg，功率密度最高達1831W/kg，Nb2O5@CNTs//AC鋅離子混合電容器有望作為下一代高性能鋅離子混合電容器。引言當今社會巨大的能源消耗，使得人們對能夠有效儲存和利用能源的裝置越來越重視，設計和開發高能量、高功率密度、循環壽命長和綠色無污染的先進儲能系統是近年來研究的熱點。目前應用最為廣泛的電化學儲能裝置是超級電容器和電池。超級電容器具有充放電速度快、功率密度高、循環穩定性優良等特點，但是超級電容器的低能量密度等缺陷嚴重限制了其大規模應用。相比之下，電池（如目前廣泛使用的鋰離子電池）能量密度大，工作電壓高，但是其廣泛應用也受到功率密度低以及循環穩定性差等制約[7-9]。為了平衡和優化功率密度和能量密度，人們提出了同時具有高功率密度和高能量密度的金屬離子混合電容器，其中一個電極是電池型電極，另一個電極是電容型電極。

正文部分1

實驗部分1.1

主要儀器與試劑1.2

Nb2O5@CNTs復合材料的制備1.3

Nb2O5@CNTs電極以及Nb2O5電極的制備1.4

Nb2O5@CNTs//AC鋅離子混合電容器的組裝1.5

樣品表征以及電化學性能測試（1）樣品表征使用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡鏡（TEM）對Nb2O5@CNTs復合物以及純相Nb2O5材料的表面形貌進行表征；使用X射線衍射儀（XRD）對Nb2O5@CNTs復合材料以及Nb2O5材料的晶體結構進行表征。（2）電化學性能測試在室溫的條件下，使用CHI660e型電化學工作站對Nb2O5電極、Nb2O5@CNTs電極以及組裝后的Nb2O5@CNTs//AC鋅離子混合電容器進行電化學性能測試，測試過程中分別使用三電極測試系統和扣式電容器系統，對材料進行了循環伏安（CV）、恒電流充放電（GCD）以及循環性能的測試。2

結果與討論2.1

Nb2O5@CNTs的XRD分析圖1為Nb2O5@CNTs的XRD圖譜。2.2

Nb2O5和Nb2O5@CNTs的SEM分析圖2是Nb2O5晶體和Nb2O5@CNTs在不同倍率下的SEM圖。2.3

Nb2O5@CNTs復合材料的TEM分析圖3為Nb2O5@CNTs復合材料的透射電鏡圖。2.4

Nb2O5@CNTs與Nb2O5的電化學性能測試分析2.4.1

Nb2O5@CNTs與Nb2O5的循環伏安分析為了系統評價制備的Nb2O5和Nb2O5@CNTs作為水系鋅離子混合電容器電池型電極材料的電化學性能，在0.5mol/L

ZnSO4電解液的三電極體系中進行了一系列電化學測試。2.4.2

Nb2O5@CNTs與Nb2O5的充放電和倍率性能分析圖5表示為Nb2O5和Nb2O5@CNTs在0.2A/g的電流密度下和在-1～0.3V的電壓范圍內的恒電流充放電曲線以及倍率性能圖。2.4.3

Nb2O5@CNTs與Nb2O5的循環性能分析長循環壽命是超級電容器在實際應用的關鍵特性之一。2.4.4

Nb2O5@CNTs與Nb2O5的交流阻抗分析圖7是Nb2O5@CNTs和Nb2O5的交流阻抗圖。2.5

Nb2O5@CNTs//AC鋅離子混合電容器的電化學性能測試分析3

結論結論本文通過一步水熱法合成了電纜狀的五氧化二鈮/碳納米管（Nb2O5@CNTs）復合材料，五氧化二鈮顆粒生長在碳納米管表面，其晶體結構為正交晶系五氧化二鈮。在三電極體系測試中，Nb2O5@CNTs復合材料在硫酸鋅溶液中具有明顯的贗電容特性。將Nb2O5@CNTs復合材料為負極，AC為正極，以及0.5mol/L

ZnSO4溶液為電解液組裝成Nb2O5@CNTs//AC水系鋅離子混合電容器，當電流密度為0.2A/g時，該混合型電容器的比容量為95F/g，在經過3000次循環后容量保持率為72%，具