超级电容器具有高功率密度和循环稳定性,其技术的提升主要得益于电极材料的不断发展,本论文基于Helmholtz理论,提供了一种简便的手段来阐明宽孔径分布碳的双电层形成机理。首先,本文的工作重心从传统的材料制备工艺创新转移到分级多孔碳内部的结构设计上来,总结并比较了几种主流的分级多孔碳模型,并将结构模型与比电容相挂钩,最后把几种模型进行集成,提出了一种多尺度分级多孔碳内嵌式模型,该模型主要阐明了孔结构与电解质离子之间的相互作用。其次,根据活化剂的化学性质和活化机理的不同,以干燥的板栗壳为生物质前驱体,选择常用的H₃PO₄、Zn Cl₂、K₂CO₃和KOH为活化剂,通过化学活化法和高温热解法合成了5种不同孔结构的多孔碳。通过扫描电镜和氮气吸脱附结合非局域密度泛函理论得到了详细的孔结构信息,结果表明在750℃进行活化时,碱金属化合物（KOH和K₂CO₃）的造孔能力及对样品的刻蚀程度要优于H₃PO₄和Zn Cl₂。在进行电化学测试时,尽管ABC-KOH由于其超高的微孔含量会表现出极大的电容值,但在实际应用中产生的IR-drop是不容忽视的。因此,控制电极材料的比表面积和孔径具有重要意义,开发合理的分级多孔炭会是日后电极研究的主流方向。最后,利用粉体生物碳电极测得的实验数据为样本,理论上提出的多尺度内嵌式电容器模型用于模拟宽孔径分布碳材料的电容。该模型适用于狭缝状微孔和球形中孔,大孔由经典的平行板电容器模型描述,模型中的参数考虑了孔隙曲率和电解液离子浓度,阐明了与界面性质相关的离子溶剂化层。通过分析孔曲率和溶剂分子的致密程度对电极-电解质界面相对介电常数和双电层厚度d的影响,揭示了碳材料对电解质离子的筛分作用。用恒电流充放电法测得的电容值与模拟值吻合较好,说明模型中的参数能够合理地预测分层多孔炭的比电容。我们希望这种建模方法能够应用于其它多孔碳/电解质体系,并为碳基超级电容器电解质的选择和电极材料的优化提供一些参考。