超级电容器作为一种性能优越的新型储能器件,具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等特性,已广泛应用于国民经济的各个领域。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素,因此高性能电极材料的研究成为该领域的热点。活性炭被认为是制备超级电容器首选的电极材料,一直以来是人们研究的重点。本论文针对目前超级电容器用活性炭存在的有效孔结构少、钾离子等金属杂质含量高、比电容低及成本较高等问题,从生物基原料着手,研究了KOH活化过程中制备工艺条件对活性炭孔结构及电容性能的影响,调控制得了高比表面积、发达孔隙结构及有效孔径分布集中的活性炭材料;创新性地引入氧化-超声组合工艺对活性炭进行深度除钾纯化研究,制得了高纯度的活性炭电极材料;然后在此基础上,利用比电容量高的尖晶石型氧化物NiCo₂O₄对活性炭进行修饰改性研究,获得电化学性能进一步优化的超级电容活性炭材料。本论文研究的主要内容和研究成果归纳如下:（1）椰壳基超级电容器用活性炭制备及电容性能研究以椰壳炭化料为原料,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭,考察了碱炭比、活化温度及活化时间对活性炭比表面积和孔结构的影响,并进一步研究了活性炭孔隙结构对其用作电极材料电容性能的影响规律。结果表明,随着碱炭比的增加、活化温度的升高及活化时间的延长,活性炭的比表面积、总孔容积及中孔率均呈先增大后减小的趋势,且碱炭比和活化温度对活性炭的性能影响较大。通过恒流充放电测试表明,活性炭的比表面积和孔结构对超级电容器的电容性能起决定性作用,兼有高比表面积、高孔容积及2-4 nm的发达中孔孔径有利于活性炭双电层电容的形成。在碱炭比4:1、活化温度800°C及活化时间60 min条件下,活性炭的孔结构性能及电容性能达到最佳水平。在此条件下可制备出比表面积2 891 m2/g、总孔容积1.488 cm3/g及中孔率73.6%的活性炭材料。该活性炭用作超级电容器电极材料在3 mol/L KOH电解液中比电容可达235 F/g,具有较好的双电层电容行为。（2）超级电容器用活性炭除钾纯化及电化学性能研究采用盐酸处理和H₂O₂氧化-超声处理对最佳制备工艺条件下制备的活性炭进行除钾纯化研究,考察了盐酸浓度、盐酸处理时间、H₂O₂浓度、超声反应温度及反应时间等对活性炭除钾效果的影响。结果表明,盐酸处理能脱除大部分残留在活性炭内的钾离子,H₂O₂氧化-超声处理则进一步使活性炭中的钾离子达到深度纯化,制得高纯度的活性炭材料。活性炭除钾纯化的最佳工艺条件为:盐酸质量分数1.0%、盐酸处理时间120 min、双氧水质量分数0.6%、超声反应温度60°C及反应时间8 h,制得的活性炭钾离子含量仅为46 mg/kg。对除钾前后活性炭的物理性质及电化学性能进行了表征。SEM分析表明H₂O₂氧化-超声处理后的活性炭表面非常干净,几乎看不到杂质残留;N₂吸附-脱附测试表明深度纯化后的活性炭比表面积、总孔容积及中孔率均明显增加,分别达到3 299 m²/g、1.798 cm³/g和86.4%,平均孔径为2.228 nm;电化学性能测试表明,H₂O₂氧化-超声处理后的活性炭电容性能大大提高,比电容高达316 F/g,具有优异的倍率性能及阻抗特性,且经5 000次循环充放电后比电容保持率高达96%。（3）NiCo₂O₄/活性炭复合电极材料制备及应用性能研究以深度除钾纯化后的活性炭为主体,采用水热合成法制备了NiCo₂O₄/活性炭复合材料,XRD、SEM和TEM分析结果显示尖晶石型的NiCo₂O₄纳米颗粒成功地负载在活性炭材料中;N₂吸附-脱附测试表明NiCo₂O₄在一定程度上会使复合材料的比表面积和孔容积有所下降。将不同NiCo₂O₄掺杂量的NiCo₂O₄/活性炭用作超级电容器电极材料,考察了NiCo₂O₄含量对复合材料电容性能的影响。结果表明,随着NiCo₂O₄含量的增加,复合电极材料的比电容呈先增大后减小趋势,在NiCo₂O₄质量分数为15%时比电容最大,达509 F/g,比纯活性炭（316 F/g）提高61%。最后,进一步评价了15%NiCo₂O₄/活性炭用作超级电容器电极材料的应用性能,电化学测试表明,与纯活性炭电极相比,NiCo₂O₄/活性炭复合电极仍然具有良好的阻抗特性及大电流充放电性能,且经5 000次循环充放电后,比电容保持率为92.7%,循环性能良好,适合作为高性能超级电容器电极材料。