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近年来,超级电容器因其能量密度高、循环寿命长、工作温度宽和安全可靠等优点引起广大科研工作者的关注,掀起了研究超级电容器电极材料的热潮。目前超级电容器电极材料应用广泛的主要有碳材料和金属氧化物/硫化物,其电化学性能主要受孔道结构、导电性、表面状态等因素决定。随着能源的不断枯竭,环境的不断恶化,人们对于能源的可持续性提出了更高的要求,作为新一代储能器件,超级电容器也需要以更优异的电化学性能来满足新时代需求。本论文旨在针对目前电极材料的不足,从表面状态、导电性、微观结构等方面进行研究制备新型复合电极材料,探究这些因素对电化学储能的作用机理,主要研究内容如下:1:以竹块作为炭源,利用炭化-活化两步工艺制备生物质活性炭(ABC),分别研究不同活化温度对生物质炭孔道结构、电导率、表面状态及电化学性能的影响。结果发现随着活化温度的提升,生物质炭孔道结构及比表面积均具有很大变化,其中采用900℃活化温度的ABC-900样品(比表面积:2221.1m2/g)表现出最优的电化学性能。三电极测试显示在0.5A/g下比电容达到293F/g,并且具有良好的循环寿命。组装成对称型超级电容器,通过两电极系统测试,表现出最高的能量密度(63W/kg,10.9Wh/kg)和最优的倍率特性(2500W/kg,7.8Wh/kg)。2:利用水热法将实验室制备的生物质活性炭与NiCo2S4进行复合得到ABC/NiCo2S4复合电极材料,研究生物质活性炭含量对电极材料晶型、结构形貌和电化学性能的影响,探讨出生物质活性炭对复合电极材料的作用机理。结果显示随着生物质活性炭的加入,原本团聚的纳米网状结构分散成纳米线结构。经过三电极系统测试,ABC/NiCo2S4-4样品表现出最优的电化学性能,在0.5A/g的电流密度下比电容为1948F/g,且表现出优异的倍率特性和循环寿命。3:分别研究制备了 CMK-3/Co3O4和CMK-3/NiCo2S4两种复合电极材料,研究添加不同的CMK-3(有序介孔碳)含量对整体电极材料的电导率、孔道结构和微观形貌等的影响,探索其CMK-3的作用机理。测试结果显示,当添加一定量的CMK-3,CMK-3/Co3O4样品呈现出纳米线和纳米片共存的状态,有效提升了电极材料与电解液的接触面积。通过三电极系统测试,C/Co3O4-6样品表现出最高的比电容量,在0.5A/g的电流密度下,可达到1131.2F/g,经过1000次的循环寿命测试,比电容保持率仍能高达82.6%。CMK-3以导电剂和阻聚剂的身份进入复合材料中,导电性能得到较大提升,NiCo2S4纳米网状结构变成纳米线结构,其中CMK-3添加量为0.008g时,C/NiCo2S4-8样品表现出最大的比电容量(在0.5A/g下比电容高达3293F/g)和出色的循环寿命(2000次循环后比电容保持率为94.2%),组装成非对称型超级电容器C/NiCo2S4-8//AC,在357W/kg的功率密度下,其能量密度高达34.9Wh/kg。4:研究利用新型的电沉积工艺成功在纳米线结构的Co3O4上沉积Ni(OH)2,得到核壳结构的纳米线Co3O4/Ni(OH)2复合电极材料。结果测试表明,沉积的Ni(OH)2含量偏低且结晶性较差,不同的沉积循环次数对于电极材料微观形貌、电化学性能有较大差异,在循环次数为2时电极材料Co3O4/Ni(OH)2-2体现出最优的电化学性能。通过三电极系统测试,在0.5A/g下比电容高达2055.1F/g,且具有良好的倍率特性。组装成非对称型超级电容器,能量密度高达48.6Wh/kg,经过8000循环寿命测试,仍然具有72.7%的保持率。5:研究采用多步水热法在Co3O4的纳米片上嫁接纳米线结构的NiCo2S4制备Co3O4/NiCo2S4复合电极材料,探讨形貌结构对复合电极材料的电化学性能的影响。结果表明该种结构有效的提升了电极材料的利用率,丰富了法拉第反应,独特的孔道结构有利于电解液离子的快速扩散,克服动力学限制,进而大幅提升电化学性能。在3M KOH电解液中,比电容在0.5A/g的电流密度下高达1774F/g,且具有良好的倍率特性,1000次循环寿命测试后,比电容保持率仍能高达88.7%,体现出复合电极材料优秀的电化学性能。