随着现代信息技术和电子设备的快速发展,对各种储能器件的需求变得越来越大。超级电容器凭借比锂离子电池更高的功率密度、比电介质电容器更高的能量密度、快速充放电、循环寿命长、安全等特点而备受关注。如何进一步提升超级电容器的性能和实用性成为众多科研人员的关注问题,其中一个方向是超级电容器的多功能化,使超级电容器在实现储电功能的同时实现其他的功能,这个思路近年来逐渐成为一个新兴的研究方向。本文采用聚丙烯晴基碳纤维作为超级电容器电极,由于碳纤维优异的机械性能,通过特定的超级电容器结构能使碳纤维在发挥电极性能的同时使用其机械性能,形成多功能的高强度超级电容器。首先,提出了把超级电容器与其他功能器件统一设计的系统化设计方法,并研究了具体的系统化设计评价方式;研究了关于高强度超级电容器的结构结构设计、电极材料和电解质材料的设计和性能要求;创建了高强度超级电容器的性能评价方式。其次,设计了在碳纤维表面制造镍/碳纳米管的微纳米电极层,从而形成碳纤维/镍/碳纳米管的共轴微纳米电极结构;并对该结构进行了电化学、力学上的性能表征;发明了使用多次氢氧化钾高温活化、纳米二氧化锰/聚吡咯复合涂层等不同碳纤维电极活化方法。然后,搭建了一维共轴结构超级电容器的设计方法及性能仿真模型,并得出了基于聚丙烯晴碳纤维的一维共轴超级电容器的最优尺寸范围;使用了可工业化量产的电沉积方法和浸涂法实现了共轴微超级电容的制造,研究了在制造工艺对结构的影响;制成了直径小至13μm的高强度超级电容器,为目前文献报道最小尺寸的一维超级电容器;对一维共轴微超级电容器的电学性能及力学性能进行了测试,并和仿真模型性能进行了综合对比。接下来,构建了一种新型的编织结构超级电容器,并探究了这种结构在制造上的优势和特点;对基于碳纤维丝束的编织结构的超级电容器编织尺寸、纤维丝束型号、抗压强度、防水性能、柔性等方面性能进行了探讨。最后,发明了一种新型的无隔膜刚性超级电容器结构,并讨论了这种结构与带隔膜结构的相对优势;调配了一种基于环氧树脂/高氯酸锂体系的刚性电解质,并对其性能做了探究;使用二次电解质涂覆的制造方法实现了无隔膜超级电容器装配,并讨论了这种制造方法对电容器的性能影响。