超级电容器是介于锂电池和传统电容器之间的一种高效储能装置,具有功率密度高、可快速充放电、循环性能优异、使用寿命长和环境友好等优点,已逐步应用于便携式电子设备、能源化工和航空航天等领域。目前,商业化的超级电容器主要是碳材料为电极,但其能量密度较低,难以满足对高能量密度的需求,因此,如何在碳材料的基础上进一步提高电极材料的能量密度是急需解决的关键问题。本文主要以多孔碳材料和碳基过渡金属化合物作为研究对象,先是采用氮掺杂提高碳电极的能量密度,进而制备了多孔氮掺杂还原氧化石墨烯与NiCo₂S₄复合电极材料和FeCo₂S₄@CC复合电极材料,并对三种材料的电化学性能进行了较深入的研究,取得如下研究结果:1.以葡萄糖为碳源,以反式-1,2-环己二胺四乙酸（CDTA）为氮源,采用水热法和KOH活化法制备了三维氮掺杂多孔碳材料。多孔碳电极具有良好的电化学性能和循环稳定性,在电流密度为0.5 A/g时的比电容高达423 F/g,在10 A/g电流密度下,经过5000次循环后,比电容保持率仍为92.5%。并以该材料制备了有机电解液的双电层电容器,获得了58.75 Wh/k的电流密度和250 W/kg的功率密度,两个串联超级电容器,可以使行车记录仪正常工作15 s。说明三维多孔碳有望作为超级电容器的电极材料应用到具体器件中。2.采用简单的两步水热法制备了多孔氮掺杂还原氧化石墨烯（PN-r GO）材料与NiCo₂S₄（NCS）纳米片的复合材料（PN-r GO/NCS）。探究了PN-r GO/NCS复合材料的电化学性能,当电流密度为0.5 A/g时获得了高达1687 F/g的比电容,并表现出良好的倍率性能（在10 A/g的电流密度下的比电容高达1478 F/g）和超低的内阻电阻（0.16Ω）。以PN-r GO/NCS为正极,NPC为负极的非对称超级电容器（ASC）。ASC器件具有良好的能量密度（111.3 Wh/kg）和功率密度（928.6 W/kg）。密度泛函理论（DFT）计算表明,两种材料界面之间存在较强的杂化能力,大大增加了材料的稳定性和电荷转移率,从而改善了材料的电化学性能。这些优异的结果表明,PN-r GO/NCS混合结构有望成为的未来的超级电容器电极材料。3.采用两步水热法成功制备了FeCo₂S₄纳米针与CC的复合材料（FeCo₂S₄@CC）。复合材料以碳布为衬底,在其上阵列纳米针状FeCo₂S₄,有效的提高了材料的电荷转移率,针状的FeCo₂S₄与电解液能充分接触,提供了更多的活性位点,使材料发生更加充分的氧化还原反应。该材料在0.5 A/g电流密度下的比电容高达1142 F/g,在10A/g的电流密度下比电容仍保持在806 F/g,表明材料具有良好的倍率性。以FeCo₂S₄@CC为正极,NPC为负极,制备的ASC的最大能量密度高达35.2 Wh/kg,功率密度为850.5 W/kg,且表现出优异的循环稳定性。