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由于环境污染和能源衰竭的不断加剧,新能源的迫切需求促使储能器件的快速发展。超级电容器作为一种新型的储能器件,具有较大的能量密度和功率密度以及较长的循环寿命,在新的发电系统、电源系统、电动车辆以及电磁能设备等能量存储领域得到了广泛的应用。目前按照电荷存储机制把它划分为双电层电容器和法拉第赝电容器两种类型。超级电容器的电极材料直接决定电容值、循环寿命以及倍率性能,属于超级电容器的关键部件。近年来超级电容器的研发焦点主要集中在高性能的电极材料制备和电极设计方面。金属氧化物、导电聚合物和碳材料是目前三类电极材料。碳材料具有较好的导电性、较大的比表面积以及优异的机械性能等特性为超级电容器的研发提供了有利保障。石墨烯和碳纳米管是目前主要研究的碳材料。然而,两者固有的低电容性以及易团聚和堆叠的性质严重限制其在超级电容器中的实践应用。金属氧化物和导电聚合物具有较高的能量存储的能力,属于两种典型的法拉第赝电容材料。但是,两者的稳定性和导电性都比碳材料要差。所以,只有双电层电容材料和赝电容材料组成的复合材料才可以显著提高超级电容器的电化学性能,有利于优势互补。本文以多壁碳纳米管（MWCNTs）为原料,通过结合超声和机械搅拌的循环处理方式,利用强酸和强氧化剂使MWCNTs氧化裁剪为超短多壁碳纳米管（SSCNTs）,利用原位聚合法使聚苯胺（PANI）包裹在SSCNTs的管壁上,以SSCNTs/PANI复合材料为基体,分别与金属离子、金属单质、石墨烯进行复合制备三元复合材料;另外,利用静电作用和氢键作用使SSCNTs沉积到氢氧化物的纳米片中以此合成Ni（OH）2/SSCNTs复合材料;而且还合成PANI/Ag和石墨烯/聚苯胺（RGO/PANI）复合材料,将所制备的这些复合材料应用于超级电容器的电极材料的性能研究。制备的复合材料通过红外光谱、紫外光谱、氮气吸脱附测试、透射电镜、扫描电镜、拉曼光谱、X射线衍射等现代表征手段进行表征分析,并采用循环伏安法、恒电流充放电法、交流阻抗法、四探针法等电化学测试方法,对各种复合材料所组成的超级电容器的电化学性能进行分析研究,并将复合材料的物化性质与其超电容性能进行系统研究,分析超短多壁碳纳米管基复合材料的结构与电化学性能的关系。本文的研究工作主要包括以下四个方面:1、在酸性介质中利用原位聚合法制备PANI/SSCNTs/Fe3+三元复合材料,铁离子掺杂到聚苯胺中,然后使掺杂铁离子的的聚苯胺包裹在SSCNTs的管壁上。通过红外光谱、拉曼光谱和X射线衍射研究其结构与电化学性能的关系。利用扫描电子显微镜（FESEM）和透射电子显微镜（TEM）分析证实在SSCNTs的管壁上成功覆盖了掺杂的PANI层。通过三电极体系以KOH作为电解质中进行测试其复合材料的电化学性能。2、通过绿色环保还原剂维生素C快速还原硝酸银,获得了在聚苯胺的表面上具有高分散性的银纳米颗粒（PANI/Ag）。该制备方法环保,简单以及低成本是非常有效的制备方法。PANI/Ag复合材料的形貌表明银纳米颗粒分散在PANI纳米纤维上。凭借PANI纳米纤维和银纳米颗粒的协同作用,使PANI/Ag复合材料具有优异的电化学性能,在1A g-1时具有高达553 F g-1的比电容,比PANI的比电容高得多。PANI/Ag复合材料的电容增强主要归因于银纳米颗粒的掺杂,可以增加导电性并促进活性组分之间的电子快速转移。为了进一步增强整体复合材料的电化学性能,同时利用维生素C使高分散性的银纳米颗粒覆盖在SSCNTs/PANI复合材料的表面上,获得的SSCNTs/PANI/Ag复合材料具有优异的电容性能,在1 A g-1处高达615 F g-1,远远高于PANI和PANI/Ag复合材料的比电容。SSCNTs/PANI/Ag复合材料电容性能的增强主要归因于银纳米颗粒的引入,显著增强其复合材料的导电性;SSCNTs的开放端口也提供丰富的额外的传输路径和短的轴向尺寸,缩短了电解质离子和电子的传输距离,从而加快电子的转移。SSCNTs/PANI/Ag复合材料是有前景的高性能能量存储应用的电极材料。3、通过静电作用力使纳米结构的层状氢氧化镍和SSCNTs进行复合制备Ni（OH）2/SSCNTs复合材料。在1 A g-1下,其比电容达到了1887 F g-1,明显优于纯Ni（OH）2的比电容;在3000次充放电循环后仍然具有92%的电容量的保持率,这都表明Ni（OH）2/SSCNTs复合材料具有较高的比电容、较长的循环寿命以及较好的倍率性能。这完全是因为SSCNTs可以在Ni（OH）2纳米片的表面上形成多通道的导电网络结构,有利于在充放电过程中电极上的电荷快速传输。所以,由于Ni（OH）2纳米片和SSCNTs的协同效应增强了Ni（OH）2/SSCNTs复合材料的电容性能。4、首先通过苯胺在酸性溶液中的原位聚合,使聚苯胺可以均匀分散在氧化石墨烯（GO）的分散液中,然后使用水合肼还原GO制备石墨烯/聚苯胺纳米纤维（RGO/PANI）复合材料,最后利用氧化剂使PANI重新恢复导电氧化态结构。电镜图像证实了通过强的范德华力和氢键使PANI纳米纤维可以吸附在石墨烯片的表面上。在1 A g-1下RGO/PANI复合材料的比电容可以达到596 F g-1,明显高于PANI的比电容,在1000次充放电循环后其复合材料仍然保持了85%以上的电容量,这表明由于RGO和PANI的协同效应,其具有较好的循环稳定性。为了进一步增强电容性能,利用氧化石墨烯和预先制备的SSCNTs/PANI复合材料进行自组装制备SSCNTs/PANI/GO前体,然后还原其中的GO制备SSCNTs/PANI/RGO复合材料,最后利用氧化剂恢复PANI的导电性。电镜图像表明SSCNTs/PANI复合材料可以均匀分布在石墨烯片的导电网络结构中,可以防止石墨烯的聚集;有利于具有高赝电容的PANI和电解质离子之间充分接触;进而有效协同在电极与电解质界面处的SSCNTs和石墨烯片的双电层电容。在1 A g-1下,SSCNTs/PANI/RGO复合材料的比电容可以达到845 F g-1,明显高于PANI和SSCNTs/PANI复合材料的比电容,在充放电循环1000次后仍然保持96%的电容量,完全显示出优异的循环稳定性。所以,SSCNTs/PANI复合材料和石墨烯片之间的组合效应明显增强了SSCNTs/PANI/RGO复合材料的电化学性能。