快速的能源消费市场要求储能器件不仅仅要达到具有高能量密度的目标还要保持高功率密度。电池与超级电容器是两种最受关注的电化学能源存储器件,但是这两种器件各有优缺点:超级电容器具有高功率密度但是能量密度较低(＜75 Whkg-1),锂离子电池具有高能量密度但功率密度较低(＜4500 W kg-1)。开发兼具高能量密度和高功率密度的储能器件近年来受到人们的广泛关注,可以通过电极材料和器件两方面的优化,得到兼具高能量密度、高功率密度的新型电化学储能器件。在电极材料方面:非晶中空碳纳米球由于高的导电性、稳定性、高的比表面积、优异的离子和电荷传输性能在储能器件的电极材料方面受到广泛关注。但大空腔造成了空间浪费,增加电荷传输距离的同时使得体积能量密度受限。在器件方面:综合了超级电容器和锂离子电池电荷存储机理的锂离子电容器（LICs）能够有效地提高器件的整体性能,但是电极之间的比容量不匹配问题成为限制锂离子电容器综合性能的提升关键。综上所述,本论文从电极材料以及LICs器件正负极匹配两方面提高器件的综合性能。本论文通过调控聚苯乙烯（PS）界面性质,首先设计制备了聚苯乙烯@聚吡咯（PS@PPy）核壳微球,然后通过热解时产生的收缩力得到了屈曲的中空碳球,对其微观形貌、界面调控机理、杂原子掺杂、孔径分布等进行了一系列深入研究,并将屈曲中空碳球作为电极材料研究了其储能性能。具体研究内容如下:（1）单点屈曲中空碳球的设计制备及在超级电容器当中的应用:通过机械压缩中空碳球制备了单点屈曲中空碳球（Buckling hollow carbon spheres,BHCSs）。从理论和实验两方面系统地研究了碳球屈曲的机制。提出了屈曲中空碳球制备过程中的残留应力诱导屈曲机理。用于对称超级电容器电极材料时,体积比能量密度高达41.4 Wh kg-1(46.6 Wh L-1),优于中空碳球（Hollow carbon spheres,HCSs）的 37.2 Wh kg-1(41.9 Wh L-1),究其原因,BHCSs除了具有HCSs的优点外,还具有体积堆积密度增加、扩散途径缩短、比表面积增加、便于电荷传输等优点。（2）多点屈曲中空碳球的设计制备及在锂离子电池负极中的应用:通过调控前驱体径厚比,采用大气压压缩法制备得到氮原子掺杂的多点屈曲中空碳球（Activated multidimensional buckling hollow carbon spheres,A-MBHCSs）。探索了 中空碳球多点屈曲的形成机理,作为锂离子电池（Lithium-ionbattery,LIBs）负极可以提供1053 mAh g-1的可逆比容量。与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM-811）正极组装的全电池,能在0.0-4.3 V极限工作电压下运行,并提供315.3 Whkg-1的能量密度,循环寿命达到500圈。（3）带点屈曲中空碳球的设计制备及在锂离子电容器负极中的应用:通过聚合动力学控制的多位点成核策略制备得到带点核壳前驱体;通过大气压缩法得到了带点屈曲中空碳球（Single-sided buckling hollow carbon spheres,SBHCS）。研究 了中空碳球屈曲的机理,提出壳体的模量、核壳小球径厚比是控制中空碳球屈曲的关键参数。以此作为负极,与高比表面积(3000 m~2 g-1)的商业活性碳正极匹配组装了全碳型锂离子电容器（Lithium-ion capacitors,LICs）。当正极与负极的活性物质质量比为6.5:1,工作电压为0.0～4.5 V时,LICs在223.5 W kg-1下可提供218.2Wh kg-1的能量密度,即使在超高功率密度17.8 kW kg-1的条件下,依旧能输出87.8 Whkg-1的可观比能量。以上工作为开发新颖的碳储能材料提供了新的策略。