碳纳米纤维具有强度高、轻质、高导热和高导电的优点,在储能领域得到广泛应用。静电纺丝技术是简易、高效的碳纳米纤维制备方法之一。然而,如何通过电纺优化设计高储能性能的碳纤维,仍然是一个挑战。本论文通过电纺技术分别设计了串珠状纳米纤维和单原子铜掺杂纳米纤维,考察了串珠和铜原子掺杂对储能的影响,结论如下:1.串珠碳纳米纤维是电纺中的常见现象,但串珠如何影响储钠行为尚不清晰。为此通过控制前驱体浓度,设计了串珠状聚酰亚胺基碳纤维,考察其储钠行为。作为柔性自支撑电极,串珠会抑制钠离子在平台区域的存储行为即嵌入/脱嵌反应;作为涂覆电极储钠时,串珠不影响钠离子存储行为,而且有利于提升循环稳定性,在5Ag-1电流密度下循环1000圈,容量保持在110mAhg-1,容量保持率为88%。2.单原子金属掺杂碳材料是储能领域的热点,但提升单原子金属的含量、实现含量可控负载是主要的挑战。本论文以聚丙烯腈和硝酸铜为前驱体,制备了单原子铜掺杂碳纤维,通过控制前驱体比例实现了铜原子的可控负载,原子铜含量最高为8.57wt%。单原子铜由N固定,形成Cu-N3配位结构。单原子铜不仅增强电子传输和锂离子扩散,而且是可逆的锂离子存储位点。因此,铜原子掺杂碳纤维作为储锂负极时展现了优异的倍率性能,在2Ag-1电流密度下,比容量达到435mAhg-1。进一步组装成锂离子电容器后,展现了较高的能量密度和功率密度。