超级电容器是新型的电化学能量储存器件,由于其循环寿命长、输出功率高和充/放电过程速度快等优点而被广泛应用到了人们的生活中,例如,便携式电子设备、混合动力汽车及应急设备系统等。然而,迄今为止,商业化的超级电容器的能量密度比锂离子电池和燃料电池低很多,同时也制约了在各个领域超级电容器的进一步推广。根据超级电容器的能量密度公式E=1/2 CV²,我们发现要提高对称/不对称超级电容器的能量密度,不仅需要具有大的比电容量的电极材料,而且还需改变传统的电解液增加可用工作电压窗口。本论文通过对对称/不对称超级电容器性能制约因素的分析,进一步设计和制备了成本较低,制备方法简易的生物质基活性炭材料作为电极材料,再匹配适当的电解液或者金属盐作为负极材料构筑工作电压大的的新型的对称/不对称超级电容器,从两个方面着手提高超级电容器的能量密度。主要研究内容和结果如下:1.以生物质三叶草为原料通过ZnCl₂化学活化碳化制备了多孔碳材料。所制备的三叶草基碳材料（WCC-2）含氮量高达6.9 wt%,比表面积为857.0 m² g^-1。作为电极材料,在电流密度为1.0 A g^-1拥有高达233.1 F g^-1的比电容,且在大电流密度20 A g^-1时也可以保持1.0 A g^-1时的82.9%比电容。在5 A g^-1恒电流充放电循环第200-5000次时,其比电容基本保持不变,说明其循环寿命长,电化学性能稳定。以WCC-2为电极材料组装成的对称超级电容器器件在电位窗口为0-2.0 V且在0.5 M Na₂SO₄溶液电解质中,功率密度为503.5 W kg^-1时能量密度达到了15 Wh kg^-1。2.以生物质玉米须为原料通过ZnCl₂在高温一步活化下碳化制备了多孔碳材料（CSC-1）。CSC-1的比表面积达到了1764.8 m² g^-1,在电流密度为0.5 A g^-1拥有高达358.0 F g^-1的比电容,且在大电流密度20 A g^-1时也可以保持1.0 A g^-1时的67%比电容,经过5000次恒电流充放电循环后可以保持初始的99.2%的比电容。为了改进CSC-1基对称超级电容器的能量密度,在1 M H₂SO₄电解液中同时加入茜素红（AR）和溴氨酸（ABA）作为电化学活性物质并重新组装了电容设备。结果发现,当此装置的电容达到260.8 F g^-1时的能量密度为17.8 Wh kg^-1,高于传统的对称超级电容器的能量密度。这全部归功于AR和ABA在酸性电解液中发生了可逆的氧化还原反应,增加了赝电容,因此提高了其能量密度。3.设计和构筑以正极为玉米皮基生物质氮掺杂多孔碳CBC-1,负极材料K_0.3WO₃为高性能的赝电容电极材料的水系不对称超级电容器。K_0.3WO₃纳米棒是由细小的纳米针有序的并排排列而成,而CBC-1则具有粗糙的表面且上面有丰富的纳米孔结构。这两种结构可以提供高的比表面积,短的传输途径且电解质离子容易从电极材料/电解液界面渗透至材料内部。因此,CBC-1//K_0.3WO₃新型不对称超级电容器在宽的电压窗口0-1.6 V下测试可发现,当其功率密度为404.2 W kg^-1时能量密度达到了26.3 Wh kg^-1,还拥有优异的循环性能（循环1000次保留80%的比电容）。这样良好的电化学性能预示着CBC-1//K_0.3WO₃不对称超级电容器是一个有潜力的实用的能量储存系统。