气候变化的加剧和化石能源的枯竭,促进了人类对可持续的清洁能源的开发和利用,同时,研发具有高能量密度和高功率密度的储能器件成为当务之急。超级电容器是一种重要的储能器件,与锂离子电池相比,具有更高的功率密度、更长的循环寿命和更低的维护成本,然而超级电容器的能量密度低,无法在新兴领域应用。本论文首先从电极材料设计角度出发,选择合适的电极材料,提高电极材料的比电容,获得具有高能量密度的超级电容器;然后从超级电容器结构设计角度出发,设计平面叉指结构的柔性微型超级电容器,实现优化其电化学性能的目的。主要研究结果如下:Fe₂O₃是一种理想的电极材料,具有理论比电容高(3625 F·g^-1),化学稳定性好,储量丰富,价格低廉等优点。本文以普鲁士蓝为前驱体,合成了多孔空心的Fe₂O₃“微盒”,研究了其组成、结构、形成机理及电化学性能。以1 mol·L^-1的Na₂SO₃溶液为电解液,在0.1 A·g^-1的电流密度下,Fe₂O₃电极的比电容为380 F·g^-1;电容保持率为55%（10000次）;Fe₂O₃的实际比电容远低于其理论比电容,且循环稳定性差,主要是因为Fe₂O₃本征电导率低(～10^-14 S·cm^-1),而且在充放电过程中,体积变化明显,导致循环稳定性差。为了解决Fe₂O₃所面临的问题,论文通过在Fe₂O₃“微盒”表面引入高电导率的Ag纳米簇,合成多孔空心的Fe₂O₃@Ag“微盒”,研究材料的组成、结构、形成机理及电化学性能。以1 mol·L^-1的Na₂SO₃溶液为电解液,在0.1 A·g^-1的电流密度下,Fe₂O₃@Ag电极的比电容高达701 F·g^-1,在10 A·g^-1的电流密度下循环10,000次后,循环保持率为72%.与纯Fe₂O₃电极相比,Fe₂O₃@Ag电极的比电容及保持率显著增大;引入Ag纳米簇后,Fe₂O₃@Ag电极的等效串联电阻由Fe₂O₃电极的1.52Ω降低到1.28Ω,电荷转移电阻由92.04Ω降低到22.60Ω;电阻降低促进了充放电过程中的电子传输和离子扩散;而且,Ag纳米簇与Fe₂O₃“微盒”复合,增强了Fe₂O₃@Ag的结构稳定性,导致循环稳定性改善。基于Fe₂O₃@Ag和活性炭的非对称超级电容器的比电容为123 F·g^-1,最大的能量密度和功率密度分别为41.8 W·h·kg^-1和16kW·kg^-1,表现出良好的电化学性能,这表明Fe₂O₃@Ag是一种可用于超级电容器的负极材料。论文采用物理沉积和电化学沉积的方法制备了三维叉指电极,并对其电化学性能进行了初步研究。以聚酰亚胺为基底,通过磁控溅射的方法首先制备了具有叉指结构的Au集流体;以PS微球为模板,采用电沉积方法在Au集流体上沉积了三维Ni骨架;在Ni骨架上分别沉积MnO₂正极和MoO_x负极;MnO₂具有三维网状结构,MoO_x为直立的棒状结构。以5 mol·L^-1的LiCl溶液为电解液,在1 mV·s^-1的扫描速率下,MnO₂正极和MoO_x负极的比电容分别为101.7和28.16 mF·cm^-2,表现出良好的电化学性能。