超级电容器因其卓越的功率密度和超长的使用寿命而受到广泛关注,并被视为突破电动汽车和可再生能源等领域中能量存储与转换系统技术壁垒的关键。然而,目前超级电容器电极的研发与优化依旧面临着比容量与倍率性能难以兼顾的困境。赝电容型电容器通过电极表面快速的法拉第反应可以实现较高的能量密度,而中性电解液能为器件提供更宽的电势窗口,进一步提升器件的能量密度与功率密度。因此,在中性电解液中设计并实现高性能的赝电容型超级电容器电极是解决上述问题的最有效策略之一。但是赝电容电极的比容量会随着充放电电流密度的增加呈现明显的衰减,这严重限制了这类电极的应用潜力。因此,研究引起这种衰减的关键因素与相关机制对设计与研发高性能超级电容器至关重要。由于聚苯胺材料具有优秀的可加工性和独特的掺杂与脱掺杂机制,它在超级电容器领域得到了广泛应用。但是为了获得更接近本征态的分子链结构和较高的掺杂程度,高电导率聚苯胺材料需要在强酸性条件下进行制备,而这种强腐蚀性的制备条件阻碍了聚苯胺与具有高电化学活性的过渡金属材料的复合。为了在保持聚苯胺高电导率的同时解决单一聚苯胺材料结构稳定性较低和中性电解液中倍率性能较差等问题,本文在改性修饰聚苯胺材料的基础上,设计并制备了一种基于草酸镍材料的耐酸导电骨架,并通过原位手段将两者紧密结合,构建了异质结结构,成功改善了复合电极在中性电解液中的电化学性能。最后,本文从多离子协同输运角度对复合电极中两种活性材料间的协同作用进行了分析,总结并分析了改性聚苯胺电极在大电流下比容量衰减机制,为设计具有高倍率性能的超级电容器电极提供了新的思路。主要成果如下:1.为了优化聚苯胺材料的空间结构以及电化学性能,采用循环伏安法在碳布基底上制备了聚苯胺及铜离子修饰聚苯胺电极,并对电极的微观形貌及负载量进行研究。结果表明,铜离子对苯胺单体的聚合具有显著促进作用,并使改性后的聚苯胺分布更加均匀。X射线衍射能谱（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析结果表明,尽管铜离子仅少量存留于聚苯胺材料分子间,但对聚苯胺分子链的空间结构产生了重要影响。最终在酸性条件下Cu-PANI@CC电极展现出了较低的内阻和优秀的赝电容特性,组装成的对称电容器器件具有较高的循环稳定性和较宽的工作温度。然而,改性后的电极在中性电解液中性能不理想,在2 m A cm-2的电流密度下比容量为0.35 F cm-2,当电流密度增大五倍达到10 m A cm-2时比容量保持率仅为21.75%。2.为了对聚苯胺材料提供支撑并构建异质结,设计了两种原位工艺,以在碳布表面构建具有较高电化学活性的草酸镍耐酸导电骨架:第一种工艺是一步水热法,利用络合剂将镍源与草酸根同时稳定的保留在水热液中,然后通过水热反应实现草酸镍材料在碳布表面的原位生长;第二种工艺则是将镍源与草酸根分离,首先通过在碳布表面电沉积一层金属镍,然后再通过水热法将其转化为草酸镍材料。扫描电子显微镜（SEM）照片证明两步法所制备的草酸镍材料分布更加均匀。XRD表征揭示了两种工艺制备的草酸镍材料属于不同的晶型。综合对比分析两种电极的电化学性能后发现两步法制备的草酸镍电极电化学活性更高,更适合作为聚苯胺材料复合的导电骨架。3.以优化后的草酸镍电极为基底,通过原位手段制备聚苯胺与改性聚苯胺和草酸镍复合电极,并研究其在中性电解液中的超级电容器性能。复合电极的SEM照片及透射显微镜（TEM）照片证明了两种材料间接触十分紧密,为异质结的形成提供基础。XPS结果显示,聚苯胺分子链中苯式结构与醌式结构的氮原子在复合后发生了电荷的重新分布。通过比较不同电流方向下电极的阻抗差异。进一步证明了异质结的存在。电化学测试结果表明,复合电极的性能超过了单一电极性能的简单叠加,证明了两种材料之间存在协同效应,并对其机制进行了分析。最终,未改性聚苯胺草酸复合电极在2 m A cm-2电流密度下,比容量达到1.7F cm-2,当电流密度扩大五倍达到10 m A cm-2时比容量保持率为36.54%。而改性聚苯胺草酸镍复合电极在2 m A cm-2的电流密度下达到了1.77 F cm-2,当电流密度增加五倍达到10 m A cm-2时比容量保持率达到67.04%。此外,改性后的复合电极具有更加优秀的循环稳定性。4.从多离子协同输运角度对复合电极的倍率性能提升原因和机制进行了分析。本文讨论了超级电容器电极在大电流密度下比容量损失的机制,并基于过充电测试方法对各种机制的影响进行了定性分析。在此基础上,本文提出了两种在电极表面存在的暂稳态离子分布模式,并且用它们补充了影响机制中可逆且与离子传输速率无关的部分。最后,本文从多离子协同输运角度解释了复合电极性能提升的原因,并认为由于复合电极充分利用了电解液中的阴阳离子,降低了上述暂稳态分布的影响,从而实现了更高的倍率性能。这一研究为后续高倍率性能超级电容器电极的设计提供了可行的思路和通用方案。综上所述,本文提出了一种构建基于过渡金属草酸盐的耐酸导电骨架的新策略,并以碳布为基底制备了一种应用于水系中性电解液中高性能的改性聚苯胺草酸镍复合电极,通过多种角度分析并探讨了引起复合电极性能提升的因素及相关机制。上述结果表明通过定向设计并改性聚苯胺材料用以提升其在中性电解液中的超级电容器性能是可行的,这为更高倍率性能的赝电容超级电容器的设计提供了一种新思路。