同其它储能方式相比，超级电容器是一种高效且可方便使用一类储能器件。它具有比电容大、功率密度高、长循环寿命和绿色环保等诸多优点，具有广阔的发展前景，成为世界各国科学家共同关注的对象。研究表明，超级电容器电极材料是影响其性能的关键因素，而电解液性质亦对其产生影响情况。针对这些问题，本工作以焦化企业加工过程的副产物煤沥青为碳源，利用其碳化产率高、价格便宜等优点，将其制成超级电容器所用的炭材料，探索不同类型制备方法得到的炭材料孔性结构对电极性能产生的影响，并采用天然物质单宁酸作为电解液添加剂研究其对比电容影响。这些研究有望极大降低制备电极材料成本和改善电容器整体效果。研究过程中采用扫描电镜、透射电镜、氮吸附/脱附等物理表征方法和循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等电化学测试方法。主要结果如下：（1）以晶须片状氧化锌为硬模板，采用煤沥青为碳源，化学气相沉积法包覆模板剂氧化锌制备多孔炭材料。结果表明，制备的多孔炭材料以中微孔结构为主，且石墨化晶形程度有所降低；材料孔径为3.4nm，表面积为531.0m2g-1。循环伏安测试其电容以双电层为主；恒流充放电对称性良好，在电流密度为1A g-1时，比电容达到140.3F g-1；接触电阻仅为1.07Ω，且在低频区域表现出极好的电容特性。（2）采用不同粒径的多种纳米氧化物为模板，结合正交设计方法优化制备得到了材料孔径结构合理的沥青基炭材料。研究表明，模板剂的种类对碘吸附值的影响最显著。其中，采用氧化铝为模板，CTP/模板比例为1：1，活化温度为700℃条件下得到的炭材料（Al-1-1-700）碘吸附值最大。研究表明，影响炭材料比电容的主要因素为材料的表面积、微孔和中孔体积比等。当微孔和中孔体积比例为0.94、孔径为2.25nm时，炭材料具有最大的碘吸附值2238mg·g–1和最大的表面积2071.6mg·g–1，同时比电容也达到最大值231F·g–1。电化学分析显示所制备的炭材料Al-1-1-700循环伏安曲线接近矩形，恒电流充放电曲线具有良好的对称性。这些表明材料具有良好的电化学电容特性。该材料具有良好的循环稳定性，充放电循环500次后比电容仍然保持93.2%。交流阻抗显示接触电阻为1.1Ω。因此炭材料Al-1-1-700非常适合用于超级电容器储能领域。（3）以纳米碳酸钙为硬模板，利用本身的占位和热分解放出气体所产生的造孔效应，成功制备出沥青基纳米孔性炭材料，从而扩大了模板剂的选择范围。同未添加碳酸钙模板所制炭材料相比，碘吸附性显著增加。其中沥青与碳酸钙质量比为2：1时制备的炭材料CTP-Ca-2-1碘吸附值最大，达到了1728mg g-1。进一步研究表明，BET表面积为1336m2·g1，孔径主要在0.5-3nm之间。该材料有丰富的微孔和中孔结构，中孔体积分率达64.65%。电化学性质表明，采用碳酸钙模板剂制备的炭材料比电容远高于不加模板剂的炭材料。CTP-Ca-2-1比电容最大，在电流密度为0.4A g-1时比电容为209F g-1；交流阻抗拟合显示其接触电阻为1.2Ω，表明具有良好的导电性。电极循环寿命测试表明其在充放电1000次后比电容仍然保持92.54%，具有良好的循环稳定性。（4）采用木质素和煤沥青共热解制备沥青基活性炭材料，既利用木质素热解时的造孔效应，也使用木质素提高材料的含氧量。研究表明所制备炭材料的含氧量得到了较大提高。木质素热解时能在很宽的范围内发生缓慢失重，这种现象有利于孔道的不断拓展和延伸。通过木质素辅助煤沥青共碳化，提高了煤沥青碳化时的孔隙。研究表明，当木质素与煤沥青质量比为1:2时制备的炭材料CAC-1-2，具有最大的碘吸附值1915mg g-1和比电容189F g-1。电化学分析显示，CAC-1-2循环伏安曲线接近矩形，恒电流充放电曲线对称性良好，表明材料具有良好的电化学电容特性。在电流密度为0.5A·g–1时，CAC-1-2比电容最大达到189F·g–1；充放电循环500次后比电容仍能保持95.8%，具有循环稳定性良好特点。然而当木质素所占比例较高时制备的炭材料，交流阻抗性能较差。（5）使用CTP作为前驱体，KOH作为活化剂，三聚氰胺为氮源，成功的制备了氮掺杂多孔炭材料。当三聚氰胺与CTP质量比为5:1混合时在800℃热解有较高的保留率35.6%。结果显示用CTP和三聚氰胺制备的炭材料与单独用CTP制备的炭材料相比具有更高的碘吸附值和比电容。三聚氰胺的引入极大提高了制备材料的表面积和比电容。其中，三聚氰胺掺杂17%制备的炭材料（CAC-N-17）的XPS能谱分析表明，氮和氧的含量分别比未掺杂得到的炭材料（CAC-N-0）提高了134%和42.9%。CAC-N-17碘吸附值为2150mg g-1，比电容达到228F g-1。氮吸附测试表明，该材料拥有丰富的微孔和中孔结构。，其中孔体积占总体积的56%。电化学测试表明，该材料循环伏安曲线接近矩形，充放电曲线有很好的对称性，说明其具有良好的电容特性。通过循环实验表明，1000次后，其比电容保留率可达94.2%。造成这种结果的原因是氮掺杂后增加了赝电容和改善了电极表面同电解液的润湿性。（6）以煤沥青活化样品CAC为前驱体，选用550℃热解法制备的氧化锰来掺杂。通过掺杂不同比例的氧化锰来提高复合材料的比电容。电化学性质表明，掺杂炭材料能极大的提高炭锰复合材料的比电容。其中CAC与氧化锰质量比4:1(CAC-Mn-4-1）时比电容最高，在电流密度为0.5和1Ag-1时与未掺杂的CAC比较比电容分别提高了60.1%和68.6%。这说明了锰掺杂后增加的赝电容极大的增加了复合材料的比电容。CAC-Mn-4-1在电流密度为0.5Ag-1时比电容达到243.5F g-1。交流阻抗测试表明炭锰复合材料比CAC在低频率区域表现出更好的电容特性。电极循环寿命测试表明其在充放电1000次后比电容仍然保持91.5%，具有良好的循环稳定性。以CAC-Mn-4-1组装的对称性电容器随着功率密度的提升，能量密度下降并不十分明显，有较好的保持率。能量密度稳定在11.5Wh Kg-1以上，优于一般的炭材料。因此，所制炭锰复合材料适合应用于超级电容器领域。（7）采用商业活性炭为工作电极，首次研究了以单宁酸为电解液添加剂对电容器比电容影响。结果表明，不同单宁酸添加量均能明显提高电容器的比电容。其中，当单宁酸质量浓度5%、电流密度为0.5Ag-1时，与未加单宁酸的电容器相比，电容器比电容提高了22.4%。分析表明，比电容的增加主要是由于结构中相邻的酚羟基/醌氧化还原对所引起。充放电循环测试表明，单宁酸添加量5%的电容器在循环1000次后比电容保持率仍可达到93.5%。交流阻抗显示，单宁酸的添加不利于电阻和容抗性能，这可能是由于单宁酸的添加，降低了电解液的导电能力。循环1000次后，其接触电阻仅增加5%，这说明充放电1000次数对电容器的交流阻抗性质影响很小，电容器稳定性良好。由于单宁酸来源广泛，价格便宜，作为电解液添加剂更有利于降低成本。