目前,随着传统化石能源的消耗和环境的污染,环境可持续发展的需求是目前需要迫切解决的问题。超级电容器作为一种可以储能或释放能量的储能装置,因其能量密度和功率密度大、可逆性好、对环境无污染、充放电速度快、循环寿命长等特点,越来越受到人们的关注。随着太阳能、风能、核能、海洋能、地热能等迅速的发展,现在以及未来超级电容器都会是一种不可缺少的储能装置。本文首先采用溶胶凝胶法结合氮气焙烧制备一种NiO/Ni/石墨烯(rGO)复合电极材料。分别采用草酸和柠檬酸作为络合剂制备复合材料的前驱体,考察了不同焙烧温度对材料电化学性能的影响,以及在最优焙烧温度下添加不同含量石墨烯对复合材料电化学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)等表征方法对所制备材料的结构与组成进行分析,然后采用循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)、交流阻抗(EIS)以及循环稳定性测试表征材料的电化学性能。结果表明,在草酸体系中,焙烧温度为400℃下制备的样品的电化学性能优于其它温度下制备的样品,其比电容为1264 F·g-1;添加了 5%石墨烯后的复合材料的比电容提高了 20%,达到1540 F·g-1,经过1000次循环稳定性测试后,比电容保持率从未添加石墨烯样品的50%提高到82%。在柠檬酸体系中,焙烧温度为350℃下制备的样品的电化学性能优于其它温度下制备的样品,其比电容为848 F·g-1;添加了 2%石墨烯后的复合材料的比电容提高了 68%达到1428 F·g-1,经过1000次循环稳定性测试后,比电容仍有1157 F·g-1。总体上而言,用草酸为原料制备的NiO/Ni/rGO电极材料的比电容要略优于以柠檬酸为原料所制备的样品。其次,采用Stober方法制备酚醛树脂微球,经过碳化活化后制得球形活性炭,考察了水蒸气活化时间对球形活性炭电化学性能的影响,以及HNO3处理对电化学性能的影响。再采用水热法,以KMnO4和MnSO4为锰源,制备球形碳与MnO2的复合材料,考察了不同的摩尔比对复合材料形貌、组成以及电化学性能的影响。通过热失重分析(TGA)、能谱仪(EDS)、光射线电子能谱(XPS)等表征方法对所制备材料的结构与组成进行分析,然后采用循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)、交流阻抗(EIS)以及循环稳定性测试,表征材料的电化学性能。结果表明,水蒸气活化3 h条件下制备的球形活性炭的电化学性能最优,其比表面积高达1432.6 m2·g-1,产生其比电容为145 F·g-1;经过4h的硝酸增加表面官能团处理,球形活性炭的比电容增加到187 F·g-1。将球形活性炭与二氧化锰复合制备不同形貌的复合材料,其中壳核结构的复合材料比电容达到231 F·g-1,同时在10 A·g-1的大电流密度下,经过1000次循环后,复合材料的比电容保持率达到96%,具有非常优异的循环稳定性。最后,利用富氮前驱体进行原位掺杂的方法制备一种掺氮活性炭(NC)负极材料,考察了水蒸气活化时间对其电化学性能的影响。然后将制备的球形活性炭碳/二氧化锰复合材料与掺氮活性炭分别作为正负极材料组装成非对称电容器,进行电化学性能测试。结果表明,在水蒸气活化时间为2h的条件下,通过原位掺杂的方法制备了氮原子占表面总原子5%的掺氮活性炭,其BET 比表面积高达1306.4 m2·g-1以及其比电容为189 F·g-1。将正负极材料组装成电池的测试结果显示,非对称电容器的功率密度为2862 W·kg-1时,其能量密度可达13.0 Wh·kg-1,优于普通双电层活性炭电容器,而且还具有1.9 V的高电位窗口、良好的化学可逆性以及接近100%的充放电效率。