环境问题与能源发展问题是当今世界面临的两大难题。环境污染问题近年来受到广泛关注,其主要污染源为化石能源的燃烧产物。因此,开发高效、清洁能源是解决能源短缺和环境污染的有效途径。超级电容器作为一种新兴的储能器件能够实现快速的充放电,具有大功率输入或输出电量的能力和超过10000圈以上的循环稳定性。鉴于超级电容器较大的功率密度,其在车辆牵引电源和快速启动能源方面发挥了明显优势。但由于其能量密度较低,不能作为电动汽车的主电源。因此,开发具有高能量密度的超级电容器成为研究热点。电极材料是超级电容器的核心研究内容之一。其中碳材料是双电层超级电容器的主要电极材料,优异的循环性能和安全稳定性使其成为商业化超级电容器的首选。活性炭由于其价格低廉、比表面积大成为主要的商业化电极材料,然而其中庸的质量比电容和体积比电容,限制了更多应用场景的拓展。因此,设计并制备具有高质量比容量和高体积比容量的碳材料显得尤为重要。基于以上思路,本论文采用喷雾干燥法合成了具有高振实密度的石榴状多孔碳球(PCS)。采用一系列测试表征手段对所制备的材料进行了详细的微观形貌和化学结构表征,并将其作为超级电容器电极材料进行了电化学性能测试。本论文的主要研究成果如下:(1)以3-氨基苯酚和甲醛溶液为原料,得到快速聚合而成的酚醛树脂球。这种有机物球尺寸均一、分散性好,将其分散在去离子水中,通过喷雾干燥,一步得到具有石榴状结构的树脂微球。探究了3-氨基苯酚中的氨基基团的作用,一方面作为催化剂促进酚醛反应快速发生,避免氨水的引入,另一方面可以实现N元素的原位掺杂。通过进一步的碳化和活化步骤,制备了具有N、O双掺杂的高比表面积的PCS。(2)采用XRD、XPS、SEM、TEM和红外光谱分析等测试手段,对所得的多孔碳材料进行了微观形貌和化学结构表征。红外光谱中大量芳香烃官能团的存在和碳碳双键的成键证明了通过喷雾干燥的作用,石榴状树脂微球具有更加稳定的结构。从SEM中观察到纳米碳球的最紧密堆积,有效提高了多孔碳材料的振实密度。(3)将其制备为电极片,测试在超级电容器中的电化学性能。PCS表现出出色的倍率性能和高的比电容。随着活性材料的负载量提高至商业级别(11mg/cm~2)其比容量没有出现明显下降。循环10000圈也未有容量的衰减,表现出色的商业化潜力。PCS为活性材料的超级电容器可以实现最大12.5 kW/kg的功率输出。相比于其他文献中的比容量,PCS具有最为平衡的质量比电容和体积比电容。其结构优势表现为纳米碳球的有序堆积,一方面避免了纳米材料常见的无序团聚问题,另一方面减少了所需粘结剂的使用量。通过对比实验,我们发现过多的粘结剂会占据部分活性位点,阻碍离子迁移通道,大幅降低活性材料的比容量。最直观的表现为振实密度的提高,进而导致体积比电容的增加。