超级电容器（SCs）是一种介于电池和电容之间的新型能量储存器件,具有大功率、高安全、长寿命等特性,已在国防军工、航空航天、交通运输和光电储能上获得广泛应用。然而,目前SCs用活性炭电极在高压离子液体中的比容量仍然低于300 F g^-1,这就严重限制了SCs在更高能量密度要求条件下的应用。因此,为了提高其能量密度,开展高比容量多孔活性炭电极材料的研究,已经成为当前超级电容器领域研究的热点。本文以聚吡咯为前驱体,采用碳化-活化的工艺,合成聚吡咯基系列多孔活性炭,通过对材料形貌、孔结构及分布、掺杂元素及含量的研究,并借助密度泛函理论（DFT）计算分析,在不同电解液体系下系统讨论其电化学性能及电容储存机理。获得以下研究成果:（1）高质量和体积比容量的水系超级电容器用3D分级石榴状多孔活性炭提出一种用于设计和制备孔结构的新策略,以增强水系SCs的体积、质量比容量和倍率性能。制备的高含量N、O共掺杂3D分级石榴状多孔炭可以有效最大化水性电解质中超级电容器的质量和体积比容量。DFT理论计算表明,赝电容的贡献来自有效N、O官能团的增加。同时,高堆积密度的分级多孔结构有利于增加体积比容量并在电极高质量负载下保持较高的倍率性能。在H₂SO₄中,3D分级多孔炭提供了优异的体积(278.6 F cm^-3)和重量比容量(398 F g^-1)。此外,在高质量负载下,实现了79%的容量保持率。（2）高能量密度的离子液体超级电容器用狭缝介孔结构活性炭提供一种用于设计和开发新颖的孔结构,以增强离子液体SCs的比能量的策略。以聚吡咯为前驱体,碳化和活化的两步合成过程,制备新型狭缝孔结构的多孔炭材料。以高压离子液体EMIMBF₄为电解质,在0.5 A g^-1下,材料获得310F g^-1的最大比容量和171.5 Wh kg^-1的最大比能量。结合DFT计算,狭缝介孔活性炭具有74%的最大阳离子体积利用率,可有效增强离子存储能力,提升其比容量。（3）高功率密度的离子液体超级电容器用纳米空心球结构活性炭开发一种制备空心活性炭球的新方法,可显著提高离子液体SCs的倍率性能。以苯胺-吡咯共聚物纳米球为前驱体,经过KOH活化,制备相互连接的空心球组成的3D多孔网络结构,且具备1796 m² g^-1的高比表面积的活性炭。这种大孔-介孔-微孔相互连接的微观结构和有效的N、O共掺杂使得该材料在1 A g^-1下,获得了290 F g^-1（60℃）的高比容量,且在电流密度扩大20倍时,依旧保持了82%的比容量。在10 A g^-1的高倍率下,10,000次充放电后仍有83%的容量保持率。（4）高性能锂离子电容器用纳米线结构多孔活性炭提供一种开发多孔炭作为高性能非对称锂离子电容器（Li-HEC）正极的新颖方法。制备的具有高比表面积(3268 cm² g^-1),微、中孔和N、O共掺杂结构的纳米线多孔炭,与Li₄Ti₅O₁₂组成Li-HEC,展现了约87 Wh kg^-1的最大能量密度和3,000次充放电后保持了90.2%的初始放电比容量。