超级电容器是一种新型储能器件,具有功率密度高、循环寿命长、充放电电流大等特点,而能量密度低是限制其应用的主要因素。炭材料是最广泛应用的超级电容器电极材料,存在的问题是比电容较低,本论文分别对碳纳米管和活性炭进行改性和修饰处理,提高它们双电层电容的基础上,在电解质中引入氧化还原电对,使其与炭材料表面的含氧官能团发生氧化还原反应而增大赝电容,从而提高碳基超级电容器的比电容和能量密度,具体内容如下:通过用改进Hummers法处理多壁碳纳米管,制备出同时具有石墨烯和碳纳米管双重优点的炭材料。电化学测试结果显示,经改进Hummers法处理后的碳纳米管具有类似石墨烯的二维片层结构,比表面积达到140.13 m2/g,羧基官能团含量高达8.2%,亲水性和表面利用率大幅度提高。在0.5 A/g电流密度下,比容量为179 F/g,比传统浓硝酸活化处理的碳纳米管比电容提高了 371%。同时,在酸性电解液中添加CuCl2氧化还原电对,碳纳米管表面的高浓度羧基基团催化CuCl2在电极/电解液界面处发生的氧化还原反应,从而贡献出更多赝电容。在20 A/g电流密度下的比容量为2267.5 F/g,与未经处理的碳纳米管相比电容量提高了近2倍,能量密度高达50.4 Wh/kg。另外,在不同条件下分别用硝酸和过氧化氢处理活性炭,增加其表面官能团的浓度,结果表明,活性炭经硝酸和过氧化氢处理后,表面增多的含氧官能团可以催化氧化还原电解质。电化学测试显示:在0.1 mol/L K3Fe(CN)6+2 mol/L KOH电解液中,电极在3 A/g电流密度下的比容量从163 F/g分别提高到1485 F/g和649 F/g,能量密度提高到18.6 Wh/kg和8.1 Wh/kg。且比容量的变化趋势与活性炭表面官能团含量的变化趋势一致,。可见官能团含量会影响其催化性能,进而影响活性炭电极在氧化还原电解液中的电容性能。