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电化学超级电容器（简称超级电容器）是一种新兴的能源存储技术,其具有功率密度高、循环寿命长以及充电速度快等突出特性,在未来的储能领域中将发挥关键作用。目前超级电容器的发展主要受限于其相对较低的能量存储密度,电极材料作为超级电容器构成的核心组分,是影响超级电容器能量存储密度的主要因素之一,因此开发高性能的电极材料逐渐成为研究热点。碳材料具备良好的导电性和较高的比表面积,目前经常被用作基体材料,广泛应用于超级电容器的电极材料。对于碳基电极材料而言,其电容性能通常取决于碳材料的表面积、表面活性以及孔隙率。然而,单纯的碳材料表面活性位点少,导致有效的双电层面积减小,从而造成其潜在的电容性能难以体现。特别是粉体碳材料,在电极制备过程中,粘结剂的添加,不仅进一步降低了活性材料与溶液的可接触表面积,同时还限制了电子和离子在充放电过程中的快速转移/迁移。针对以上问题,开发自支撑特性的活性碳基电极材料,即构建超长连续、三维导电网络、以及互相连通、三维多孔结构特性的电极材料,保证电子和离子的双连续快速传输,显得至关重要。该工作重点阐述了多模板生长聚苯胺来制备氮掺杂三维多孔碳基电极及其表面活性调控、多孔结构调节、自支撑、三维连续结构等研究,取得的主要成果如下:（1）以电纺PAN纳米纤维为基底,通过苯胺单体的原位化学聚合,制备出柔性PAN@PANI核-壳复合纳米纤维。高温碳化后,获得了自支撑NPCNFs复合材料。沉积的PANI不仅作为多孔模板,在高温下热解,形成相互连接的有序孔隙率,还为原位氮掺杂提供了富氮源。在三电极测试下,电流密度为0.5 A/g时,NPCNFs电极具有130 F/g的高比电容,是纯CNFs的2倍。这种优异的性能是归因于氮原子的掺杂形成了多孔结构,增大了比表面积,并提供了赝电容,有效的改善了电化学性能。此外,为了进一步提高电容性能,我们合成了NPCNFs/PANI复合材料,并组装成全固态柔性对称超级电容器。得益于精心设计的结构,器件在电流密度为0.5 A/g时实现了260 F/g的高比电容。同时,该器件在0.27 k W/kg的功率密度下可提供8.9 Wh/kg的高能量密度。经过10,000次充放电后仍具有良好的循环稳定性和80.1%的电容保持率。（2）具有高比表面积、有序孔隙率、连续导电路径等优点的自支撑多孔碳材料在超级电容器中表现出理想的电荷存储能力。自然结构可以提供理想的模型来开发各种仿生建筑。自然蚁巢具有三维交错互联的开放式框架结构,这种结构非常有利于离子和电子的快速运输。受蚁巢结构的启发,我们利用相分离原理,将PAN/PVP/DMF三元溶液体系浸渍在水中去除PVP和DMF,构筑了多孔PAN薄膜材料。然后,以PAN薄膜材料为模板,通过苯胺单体的原位化学聚合和高温碳化后,制备了具有高度交联骨架结构、高比表面积的自支撑氮掺杂分级多孔碳薄膜材料（NHPC）,作为超级电容器的负极。通常,不对称电极可以拓宽超级电容器的电势窗口进而提高能量密度。所以,为了与负极匹配,我们基于HPC设计了HPC/Mn O2正极材料,并组装成扣式非对称超级电容器。电化学性能测试表明,器件的稳定电压可高达1.6 V,在0.5 A/g的电流密度下具有253 F/g的高比电容。并且在功率密度为410 W/kg时,实现了21 Wh/kg的高能量密度储存,表现出优异的电化学性能。