随着社会经济的快速发展和人口的不断增长,人们对于化石能源的需求已经达到前所未有的程度以及全球环境污染问题已经威胁到人类的生存与发展。超级电容器、锂离子电池等新型储能设备作为一种绿色能源,因其具有广泛的应用前景,备受广大学者关注。在众多的新能源装置中,超级电容器作为一种独特的能量储存设备,其具有比传统电容器更高的能量密度,同时提供比电池更大的功率密度,为传统的电容器和电池之间架起了重要的桥梁,越来越受到全球的关注。目前应用电动汽车等方面的超级电容器具有能量密度不足、寿命短、成本高等缺点,而且电极材料是决定超级电容器性能的关键,因此研制一种能量密度高、成本低、稳定性好的高性能电极材料是当前迫切所需。碳材料是应用最为广泛的超级电容器电极材料,然而简单环保的碳材料制备过程以及对碳材料进行改性等方面的报道还尚有研究的价值。第一、探索了一种原材料丰富、绿色环保、高性价比的方法,即直接碳化法及KOH/NaOH活化制备辣椒秸秆活性炭,制备的辣椒秸秆活性炭活性炭电极材料具有典型的双电层电容特性。分别以质量分数为2.5%、5%、10%的乙炔黑为导电剂、0.5 mol/L H2SO4为电解质探究导电剂影响时显示5%含量的导电剂样品具有更高的反应电流和最优的电容特性。分别以0.5 mol/L H2SO4、0.5 mol/L Na2SO4和1 mol/L KOH电解质探究电解质影响时显示0.5 mol/L H2SO4因其离子外径尺寸与材料孔径相匹配,导致离子迁移率增加,电极材料具有最优的电容特性。该材料具有制备过程简单环保,电化学性能优于一般商业活性碳粉,为商用超级电容器碳材料的制备方法提供了一种新思路。第二、借鉴上述材料的制备方法及结论,构建了一种新型的氮/硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料。该材料以聚乙烯亚胺(pei)为碳源和氮源,硫酸亚铁为活化剂,在氮气气氛下经过两次碳化及两次酸洗,通过模板法在优化其孔径结构的同时进行了表面功能化制备了高电化学活性的氮/硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料(nsmcs)。采用循环伏安法(cv)和恒流充放电技术(gc)等电化学手段考察了电极材料的组分配比、电解质优化、超电容性能等方面。选取最优的氮/硫双掺杂多孔碳超级电容器电极材料,结合x-射线衍射(xrd)、扫描电子显微镜(sem)、低温氮气吸脱附曲线、光电子能谱分析(xps)等物理化学表征分析对材料的表面结构及杂原子掺杂影响进行了详细的研究。结果表明模板法创造了nsmcs高达1064m2/g的比表面积以及多级孔径结构,使其在具有高的双电层反应面积的同时提供了低内阻的离子扩散渠道,便于电解质离子的扩散传输。另外氮、硫杂原子的引入,不仅增加了碳材料亲水性和润湿性,而且提供了一个更加极性的表面和可逆的伪活性点。此外二次加热和酸洗降低了非活性物质的含量,导致更多的伪活性位点(吡啶-n(n1)、石墨-n(n2)、噻吩s2p3/2(s1,163.9ev)和噻吩s2p1/2(s2,165.1ev))的暴露。将此材料进行电化学测试,得到了一个在5mv/s时高达232f/g的比电容,且当电流密度为1a/g时比电容为280f/g,即使电流密度增加到100a/g,其比电容仍具有83%的保持率。同时,经过5000圈循环后,其比电容依旧没有明显下降,表明其具有非常优秀的循环稳定性。结果证实,模板法、碳化酸洗、氮/硫掺杂在不同程度上促成了该材料的高电化学活性。第三、为了进一步提高nsmcs的电化学性能,通过简单机械复合法合成了nsmcs/cnts复合电极材料,结果表明通过复合cnts可以明显提高材料的电化学性能,其最佳比电容高达300 F/g。通过复合比例、水系电解质浓度的研究,最终确定其最佳复合比例为CNTs与氮/硫双掺杂介孔碳的复合比例为1:8,H2SO4溶液电解质的最佳浓度为0.5 mol/L,Na2SO4溶液电解质的最佳浓度为1.0 mol/L,碱性电解质NaOH溶液的最佳浓度为1.0 mol/L。优化的NSMCs/CNTs复合电极材料具有高的比电容且快速、稳定的电化学性能,可应用于低成本、高稳定的电化学储能装置中。