全球变暖和化石燃料的日益枯竭迫使人们大力发展新能源。超级电容器作为储能器件,也称之为电化学电容器,它具有长的循环寿命、高的功率密度能快速的充放电和低的环境污染等优点,在信息技术、电子产品和车用能源等领域中扮演着越来越重要的角色。最近对于超级电容器的研究进展,大家都主要集中在发展新型电极材料上,如碳基电极,金属氧化物和过渡金属硫化物等方面上。很少有人专注于通过不改变电极材料的化学性质,只通过优化电极材料的结构和整个装置来提高电化学性能。优良的结构设计对于超级电容器来说可以充分的利用活性电极材料并且能够促进离子和电子的传输,尤其是对于厚的电极材料而言。具有高的单位面积活性物质负载量的厚电极是理想超级电容器的设计结构,因为它能通过最大化阴极和阳极材料的封装密度来提高超级电容器的能量密度,同时还能降低组装成本。然而对于厚的电极来说,材料容易发生形变,电子和离子在其中的传输比较困难,使得其在实际制备和应用过程中都比较困难。众所周知,降低材料的曲折率可以加速离子的转移过程,这能提高材料的倍率性能,尤其是对于厚的电极来说。因此,如何在提高活性物质负载量的同时,降低材料的曲折率使得离子和电子快速传输,且低变形性,是制备厚电极材料的主要挑战。本文针对以上问题,具体研究内容如下:(1)采用水热和电沉积两种方式相结合来在木炭上生长活性物质——双镍鈷双金属氢氧化物(CW@LDH@LDH)作为阴极,解决了活性物质负载量小的这这一问题。利用KOH活化的木碳(AWC)作为阳极。阴阳极材料都来源于天然木材,有着其独特的各向异性的通孔结构。离子可以直接穿过孔道,展示出来低曲折性。同时,厚度大,活性物质负载量高,导电率好和分层孔隙的结构保证了超高的面电容和出色的倍率性能。组装成厚的非对称的超级电容器后展现了非常高的能量密度和功率密度,为绿色的、低成本的、高负载量的低形变的超级电容器提供的新的方向。(2)石墨烯是二维片状碳材料,由于石墨烯具有较高的比表面积以及不错的导电性,是作为电化学器件的理想碳材料。为了充分利用天然木头规则多孔且其孔道垂直的结构,我们利用简单的真空辅助浸渍将石墨烯灌入木头垂直的孔道中,在其孔道中形成石墨烯气凝胶,大大的增大了其比表面。且孔道中的石墨烯气凝胶能加速电子的传导。利用KOH活化CW@GO,使得比表面积提高了近100倍,且还能保持其原始结构,突破了以往KOH活化只针对粉末的局限。双电层碳材料保证了电容器的优良的循环稳定性。厚的电极、导电率好和分层孔隙的结构保证了超高的面电容和出色的倍率性能。组装成厚的对称的超级电容器后展现了非常高的能量密度和功率密度,为绿色的、低成本的、的低形变的厚的双电层超级电容器提供的新的方向。