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随着全球不可再生能源日益减少以及对能源需求的快速增加,人类社会对可再生能源及高效能量储存与转换装置的需求也日趋急迫。超级电容器作为高效的电能存储设备,因具有长寿命、高功率密度和低维护成本等优点而备受关注。超级电容器按电极材料储能机理的不同可分为双电层电容器和赝电容器。其中双电层电容器主要以多孔碳作为电极材料,其高的比表面积可实现大量电荷的快速积累进而储能,并且多孔碳结构稳定可实现高效的长期循环。赝电容器电极材料主要选用过渡族金属化合物,通过法拉第反应进行电荷存储,因此其理论比容量远大于碳材料,但其较低的导电性抑制了功率密度的提高,另外,充放电过程中化合物材料结构的变化限制了器件的循环寿命。本论文协同多孔碳材料与过渡族金属化合物各自的优势,通过对碳材料的孔径调控和过渡金属氧化物的掺杂改性的设计提高电极材料的循环稳定性,从而获得高功率密度和高能量密度的电极材料,并将其组装成超级电容器,通过实际器件的搭建反馈与优化电极材料的制备。依据这样的思路,论文所开展的工作内容如下:（1）采用热处理的方法合成了具有高表面积和高导电性的柔性碳纤维布（HSHC-CFF）,其可以直接用作超级电容器自支撑电极材料,而不需要使用集电体或任何添加剂。HSHC-CFF比表面积高达951 m2 g-1,富含大量孔径主要分布在约0.7 nm的微孔。在1 M H2SO4电解液中,由于在微孔中线性反离子的调节作用,在0.5 A g-1电流密度和1.8 V宽工作电压窗口中,电极材料呈现出255 F g-1的高比电容(面积比电容为3.32 F cm-2,体积比电容为127.7 F cm-3),当我们将其组装成对称器件并考虑两个薄膜电极的重量时,电容器可在功率密度为160 W kg-1的情况下获得16 Wh kg-1的高能量密度。重要的是,在经历了20,000次的循环后,电极材料保持了优异的长期循环稳定性,甚至实现了比容量的提高（在循环后可达到初始容量的118%）。我们认为微孔（～0.7 nm）可以诱导离子去水合化,实现反离子在微孔内的线性排列,由此为高比容量和宽的工作电压窗口做出贡献。（2）层状δ-MnO2作为赝电容电极材料时,因H+离子不参与其储能的机制具有相对较好的循环稳定性。但由于John-teller效应等的影响仍在,δ-MnO2在长期循环过程中晶体结构还会发生变化,这导致δ-MnO2基超级电容器长期可逆的电荷存储/释放的实现仍然具有挑战。针对此核心问题,本论文工作中,采用锌离子掺杂方案进行电极材料的改性。在合成过程中通过控制锌盐的用量可得到含有不同摩尔比的锌掺杂δ-MnO2,发现当锌离子掺杂适量时,样品的比容量在长期循环过程中会经历一个周期振荡,而没有掺杂锌离子的纯δ-MnO2只有容量的单调损失而无法修复。其中锌锰比为3:100的样品Zn-3-MnO2的电化学性能最好,电流密度为0.2 A g-1时,初始比容量为281 F g-1,电流密度为10 A g-1时,容量为初始比容量的67%左右,表明出良好的倍率性能。在10 A g-1的电流密度下进行长期循环测试时,Zn-3-MnO2的比容量会经历约5,500圈的周期振荡与修复变化:在第一个循环周期中,前500圈比容量提高到了初始比容量的117%,然后在接下来的5000圈减少到约107%左右,随后又逐渐升高、下降,最终在20,000次循环后容量保持率达105%。锌含量较低的样品Zn-1也有类似的振荡,但比容量增强的幅度较小。锌含量较高的Zn-5的振荡周期较短,比容量增强幅度远远小于下降幅度,导致循环过程中比容量明显衰减。结合实验数据进行合理分析,Zn-3的长期循环稳定性增强应归因于适量Zn掺杂后的δ-MnO2能够在长期循环过程中发生脱落于溶液中的材料周期重结晶生长的现象。