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与金属离子电池相比,超级电容器具有更高的功率密度和优异的循环稳定性,是能源存储研究领域的明星器件。水系超级电容器作为一种安全性高、环境友好和成本优势明显的储能器件,具有巨大的开发价值和应用潜力。然而,由于其能量密度（E）偏低——通常在5到15 Wh kg–1之间,提高E是促进其应用的关键。根据公式E=1/2 CV2,通过增加比电容（C）和拓宽电压窗口（V）可以提高超级电容器的能量密度。在众多材料中,部分过渡金属氧化物因较高的理论容量和环境友好性,成为超级电容器研究常被选用的电极材料。然而,体相的金属氧化物材料由于本征电导率低、比表面积小和体相利用率差等缺点,严重限制了其储能性能的展现。为了解决上述问题,通常采用将金属氧化物纳米结构化并与高电导率的碳材料结合构建复合结构的策略。在相关文献系统调研、认真梳理总结的基础上,本论文以过渡金属锰基氧化物为研究对象,将其与高电导率的碳材料进行有机结合,开展了复合自支撑电极的设计、制备工作,并对其电化学性能以及在水系超级电容器中的应用进行了较为系统的研究。本论文的主要研究工作包括:（1）石墨纸上分级互连多孔δ-MnO2纳米片结构的制备及在水系超级电容器中的应用。以高电导率的石墨纸为基底,首先对其表面进行电化学粗糙化改性。然后,利用电化学沉积在粗糙化的石墨纸基底表面制备分级互连多孔δ-MnO2纳米片,形成复合自支撑电极。电化学测试表明,在5 mol L-1 NaNO3中性电解液中,该电极可实现0–1.4 V（vs Ag/AgCl）的电压窗口。同时,在1 A g–1的电流密度下,其比容量为407.6 F g–1;在8 A g–1的电流密度下循环充放电5000次后,其容量保持率为90.7%。以活性炭为阳极,δ-MnO2/石墨纸复合自支撑电极为阴极,组装了2.4 V的水系非对称超级电容器,在功率密度为599.7 W kg–1时,其能量密度为38.4 Wh kg–1。（2）碳纤维布上NiMn2O4纳米花的制备及在水系超级电容器中的应用。以经亲水处理的碳纤维布为基底,首先利用电化学沉积在其表面包覆Mn（OH）2纳米片,然后利用水热法制备NiMn2O4纳米花结构。研究结果表明,180℃水热温度下制备的NiMn2O4/碳纤维复合自支撑电极的电化学性能最优,在1 A g–1的电流密度下,其比容量为867.0 F g–1;当电流密度增大到10 A g–1时,其容量保持率为55.4%。以活性炭为阳极,NiMn2O4/碳纤维复合自支撑电极为阴极,组装了1.5 V的水系混合超级电容器,在功率密度为375 W kg–1时,其能量密度为25.6Wh kg–1。