超级电容器由于其功率密度高,循环寿命长,充放电速度快和绿色环保等优点被研究者们广泛关注。但与电池相比,超级电容器的能量密度较低限制其商业化的应用。为了解决这一问题以促进电容器的广泛应用,设计合理的超级电容器电极材料显得尤为重要。而设计同时具有高功率密度和高能量密度的电极材料也成为目前超级电容器方向的研究热点。其中,赝电容材料通过其体相发生的快速的氧化还原反应储存能量,因此能够比双电层材料储存更多的能量,但相对于双电层材料,其较差的循环稳定性成为目前亟待解决的关键问题。因此本文主要以制备具有高能量密度和功率密度的电极材料为中心,开展了以导电碳布和碳纳米墙阵列为复合基底,采用不同赝电容材料构筑分级自支撑复合结构电极材料的设计和制备研究工作,并将其应用于超级电容器中。基于硫化镍钴（CoNi₂S₄）的电极材料由于其高理论电容而引起了广泛的关注,但是它的广泛商业化应用受到相对低的电导率和电化学稳定性的限制。为了解决这一问题,采用碳布（CC）为导电基底,以金属有机骨架（MOF）衍生的碳纳米墙阵列（CNWAs）生长在碳布上作为二次基底,为CoNi₂S₄的电沉积提供了更大的比表面积。此外,使用Ni层连接CoNi₂S₄与CNWAs有利于快速的电荷转移同时提高电极的导电性。因此,CC/CNWAs@Ni@CoNi₂S₄电极具有优异的比电容量(在1 A g^-1/5 mV s^-1的电流密度/扫描速率下的比电容量分别为3163 F g^-1/2825 F g^-1)和倍率性能(在40 A g^-1的电流密度和50 mV s^-1的扫描速率下分别保持了1503 F g^-1和1500 F g^-1的比电容量)。所制备的CC/CNWAs@Ni@CoNi₂S₄电极与商业化活性炭组成了非对称超级电容器件,在功率密度为801 W kg^-1时电容器能够达到最大的能量密度53.8 W h kg^-1,同时在10 000次循环后器件的电容保持率为90.1%(10 A g^-1的电流密度下)。为了提高非对称超级电容器的工作电压区间,以CC为第一级导电基底,以CNWAs为第二级基底,分别采用MnO₂和Fe₂O₃作为正负极赝电容材料制备非对称超级电容器,同时引入Ni这种导电性高的金属单质为提高Fe₂O₃与基底之间的紧密接触,降低界面间的接触电阻和电极材料的等效串联电阻。CC/CNWAs@MnO₂纳米片电极在1 A g^-1的电流密度下获得303 F g^-1的比电容量,且拥有优异的倍率性能(80 A g^-1的高电流密度下,保持了80 F g^-1的比电容量);CC/CNWAs@Ni@Fe₂O₃电极具有167 F g^-1的比电容量(在1 A g^-1的电流密度下),且在电流密度高达50 A g^-1时,该电极仍然具有44 F g^-1的比电容量。因此,制备的ASC器件可以获得2.3V的宽电压窗口,87 F g^-1的比电容量(在1 A g^-1的电流密度下)和较优的倍率性能(在电流密度为30 A g^-1时,仍具有22 F g^-1的比电容量)。