超级电容器作为一种新型的能量存储装置,因其具有较快的充电速度、较大的功率密度、超长的使用寿命和较高的安全系数等优点,它将逐渐成为下一代最具发展潜力的能量存储装置。然而超级电容器的性能极大程度地取决于电极材料的构成和电极结构的设计。高效能的超级电容器装置通常需要电极材料具有较高的比电容值,优异的倍率性能和超长的使用寿命。通过改变电极材料的成分和调控活性材料的形貌、尺寸可以有效地提高储能装置的性能。另外,通过设计纳米结构的电极和合成纳米尺寸的活性材料,可以有助于开发出具有较高电化学性能的能量存储装置,使其不仅具有接近于最佳电池的能量密度,而且还兼备充放电速率快,功率密度高和使用寿命长的优点。此外,作为一个新型的能源研究领域,目前人们仍然缺乏对电极材料储能机理的全面理解,尤其是电极材料的局部电子结构,静电相互作用以及在电极和电解质之间的电荷转移是怎样控制电荷的存储和离子的传输。了解在纳米尺度的电化学界面的电荷转移和能量存储是深入探究电极材料储能机理的关键。在本文中,我们通过选择金属硫化物（KCu₇S₄和Ni_xS_y）纳米材料作为研究对象,目的是探究纳米尺寸的金属硫化物材料的合成方法,研究它们各自的电化学性能,并结合理论计算分析它们的储能机理以及在储能装置中的应用。本文的主要内容可归纳如下:采用简单且可调控的水热法,我们合成出了新颖的KCu₇S₄纳米线材料,且纳米线的平均长度约为100μm。此外,我们利用X射线衍射,场发射电子扫描显微镜,能量色散X射线光谱和X射线光电子能谱对KCu₇S₄样品的组成和形貌进行了表征。在10 MPa的压力下,我们把所合成的KCu₇S₄纳米线粉体材料压制成一个较薄的电极,并把它组装成全固态的超级电容器器件。我们利用两电极测试体系对所制做的超级电容器器件进行了一系列相关电化学性能测试。实验结果表明,KCu₇S₄纳米线具有较好的电化学性能,在1 m V s-1的扫描速率下,它的比电容可达301 F g-1。为了进一步改善KCu₇S₄电极的电化学性能,我们制做出了MnO₂@KCu₇S₄复合电极。随后利用MnO₂@KCu₇S₄复合电极制作全固态的超级电容器装置,并研究其相应的电化学性能。结果表明,MnO₂@KCu₇S₄超级电容器在1mV s-1的扫描速率下展现出较高的比电容值,其容量高达533F g-1。该MnO₂@KCu₇S₄超级电容器在878.9 W kg-1的功率密度下其能量密度高达12.3Wh kg-1。此外,两个MnO₂@KCu₇S₄超级电容器在串联充满电后,可以使41盏LED小灯泡工作长达4分多钟,这充分表明它在实际应用中具有可行性和潜在的使用价值。采用简单的抽滤法将石墨烯均匀的平铺在滤纸表面,然后在5 MPa的压力下把所抽滤的石墨烯压制成一个具有高度柔性和机械强度的石墨烯导电纸,接着利用可调控的微量注射器在石墨烯电极表面滴定一层KCu₇S₄纳米线薄膜。分别采用LiCl-PVA,KCl-PVA和H3PO4-PVA作为电解质把KCu₇S₄/CP电极制作成全固态的超级电容器器件。我们利用两电极测试体系对KCu₇S₄/CP超级电容器装置进行了一系列相关电化学性能测试,并结合密度泛函理论计算,热力学分析和微动弹性带法研究了K+,Li+和H+离子在KCu₇S₄晶体通道中的扩散路径,以及电极质离子在参与氧化还原反应竞争中的储能机理。结果表明,K+离子的脱嵌在氧化还原储能反应过程中起着至关重要的作用。此外,我们还发现H+离子的嵌入对电荷存储具有较大的贡献,但质子（H+）容易与硫离子结合,形成相对较强的H-S共价键,这将导致KCu₇S₄纳米材料的稳定性会随着循环次数的增加而逐渐降低。另外,三个串联的KCu₇S₄/GP超级电容器装置在充满电后可以使6盏LED小灯泡工作供长达15分钟之久,充分表明其在能量存储中的潜在应用。采用水热法合成出了不同形貌和结构的硫化镍纳米材料,通过改变反应物质（氯化镍与硫粉）的摩尔比例和水热温度可以对它们的晶体结构和形貌尺寸进行调控。作为电池类型的储能材料,三相的硫化镍（NiS-Ni3S2-Ni3S4,表示为TP-Ni_xS_y）纳米片展现出优异的电化学性能。在1 A g-1的充放电电流密度下,TP-Ni_xS_y电极的比容量可高达724 C g-1。此外,为了进一步提高三相硫化镍纳米材料的电化学性能,通过加入氧化石墨烯,我们也成功地制备出了TP-Ni_xS_y/rGO复合纳米材料,并对其进行了XRD、FESEM、TEM、XPS和Raman表征以及相关电化学性能测试。结果表明,TP-Ni_xS_y/rGO纳米材料比TP-Ni_xS_y纳米材料展现出了更加优异的电化学性能。在1A g-1的充放电电流密度下,TP-Ni_xS_y/r GO电极的比容量高达807C g-1,并且当电流密度增大到20 A g-1时,它的倍率性能仍然可以达到72%（581 C g-1）,其倍率性能远高于TP-Ni_xS_y电极（484 C g-1,67%）。另外,我们也成功编制了一个TP-Ni_xS_y/r GO//G混合型超级电容器装置,该混合型超级电容器显示出较高的能量密度（46Wh kg-1）和良好的循环稳定性。两个混合超级容装置在串联充满电后,可以使37盏LED小灯泡工作长达10分钟之久,表明其在能量存储系统中具有较大的应用价值。利用导电碳纤维线（CF）和墨汁（Ink）编制了一种可穿戴的纤维型全固态超级电容器,这种全固态的超级电容器不仅表现出了较高的电化学性能,而且也展现出了灵活和便携的特点。另外,我们也设计了一种自驱动的储能系统,利用一个摩擦纳米发电机与三个纤维型全固态超级电容器组合在一起,该装置可以很好的把外界的机械能转化为电能并储存到超级电容器中。最后利用充满电的超级电容器装置可以驱动多盏LED小灯泡正常工作,充分展示其在储能领域中具有潜在的应用价值。