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超级电容器的高功率密度和长循环寿命使其在风能太阳能发电、电动汽车、航空航天等领域的应用有巨大的发展潜力。针对双电层电容器能量密度偏低的问题,通过分析双电层电容器的储能机理,从影响双电层电容器储能性能的两个核心材料电解液和电极材料两方面开展了样品制备与电化学性能研究一系列工作,并对电解质离子尺寸与电极材料层间距的关系对双电层电容器性能的影响进行了探讨。四氟硼酸双螺环季铵盐(SBP-BF4)是一种具有优异电化学性能的超级电容器电解质盐。将SBP-BF4溶于一元溶剂PC中,得到电导率高、电化学窗口宽泛的SBP-BF4/PC电解液,当工作电压为3.2V时,SBP-BF4/PC电解液组装的活性炭电极双电层电容器的能量密度最大值达到43.0kW/kg。为了充分发挥SBP-BF4电解质盐在高工作电压下的优势,选择了将SBP-BF4电解质盐溶解于混合溶剂体系。因为电解液的物理性能可以通过调节所用溶剂的组成来改变,例如可以通过加入低粘度的溶剂来降低电解液的粘度,通过加入高介电常数的溶剂来提高电解液的电导率。当工作电压为3.5 V时,SBP-BF4/PC+DMC+EC三元溶剂体系电解液具有优异的倍率性能和良好的循环性能,最大能量密度可达到47.2 Wh/kg。 SBP-BF4/PC+DMC二元溶剂体系电解液具有较低的粘度,在低温下表现了良好的电化学性能。当温度降低到-50℃时,由其组装的EDLCs的放电比电容仍能达到92 F/g,容量保持率为84.6%。用低温氧化和低温热处理的方法对石墨化中间相炭微球(MCMB)进行处理,得到不同层间距的层状微膨胀炭微球(H-MCMB)。H-MCMB保持良好的类石墨微晶结构,微球的层间距约为0.3773-0.5678 nm。对于阴离子不同的电解液,充电电压由2.7 V提高到3.5 V,SBP-BF4和SBP-TFSI电解液组装EDLCs的首次循环放电比电容分别由31.4 F/g和30.4 F/g提高到117.8 F/g和137.2 F/g。对于阳离子不同的电解液,充电电压由2.7V提高到3.5 V,SBP-BF4、Emim-BF4和TEMA-BF4电解液组装EDLCs的首次循环放电比电容分别由31.4 F/g、50.5 F/g和29.1 F/g提高到117.8 F/g、51.9 F/g和114.0F/g。电压升高到4.0 V时,SBP-BF4具有较好的充放电特性。充电电压由2.7 V提高到4.0 V,H-MCMB-150、H-MCMB-200和H-MCMB-250首次循环放电比电容分别由71.2 F/g、25.8 F/g和31.4 F/g提高到103.9 F/g、136.1 F/g和153.1 F/g。随着充电电压的提高,层状微膨胀炭微球的放电比电容迅速增大。通过研究发现,层状微膨胀炭微球电极首次充放电时发生电化学活化,与传统活性炭的充放电特性不同。在较低的充电电压下,溶剂化的电解质离子进入到石墨片层间的离子比较少：随着电压的升高,电解质离子在较高的驱动力下,溶剂层发生扭曲偏转或者脱去,使得更多的电解质离子能进入石墨片层间,电容器的容量提高。这些发现对研究如何提高双电层电容器的容量和寻求高耐电压的电极材料有指导意义,并对探究双电层电容器的微孔材料的储能机理的工作奠定基础。