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超级电容器（Supercapcitor）是一种介于普通电容器和二次电池之间的新型储能器件，在国防和民用领域有广泛的应用。电极是决定超级电容器性能的主要因素，因而高性能电极材料的研究一直是该领域的热点（炭电极构成的超级电容器也称为双电层电容器，Electric double layer capacitor，EDLC）。炭材料来源广泛，价格低廉，性能稳定，易产业化，因而同时受到了学术和工业界的极大关注。本课题的目的是制备低成本、高性能的多孔炭电极材料，并应用于超级电容器，研究炭材料性质与超级电容器性能的相关性。用自动氮吸附法研究了炭材料的比表面积、孔径和孔径分布，用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等电化学方法研究了炭电极电容器的比容量、循环充放电、内电阻、漏电流等性能。本论文主要做了以下几方面的工作：以普通木炭为原材料，采用同步ZnCl2-CO2物理化学活化法制备活性炭。根据炭样品在77K时的氮吸附-脱附等温线，用BET方程、t-图和BJH法分析计算比表面积和孔径、孔径分布等，制备得到活性炭的比表面积为400～800m2／g，平均孔径为2nm左右，在中孔范围3～5.3nm处有一明显的孔分布。制备炭电极，以KOH溶液为电解液，并组装构成双电极三明治型双电层电容器，通过恒流充放电、循环伏安等电化学研究，发现木炭基活性炭样的平均等效串联内阻约为0.3～0.50，漏电流为300～600μA，电容器充放电效率高、稳定性好、具有良好的充放电性能，炭材料适于做超级电容器电极材料。为了探索制备活性炭的最佳条件，设计了L34正交实验，分析研究制备条件与炭样电化学性能的相关性。结果表明最佳实验条件为：炭／ZnCl2质量比为1：1，在800℃下活化3个小时制备活性炭样，压制集流体时压力为10MPa。此条件下制备的电容器在10mA放电时时炭材料的质量比电容达183F／g，80mA达163F／g，漏电流为283μA，平均等效串联内阻为0.40，充放电效率为98％。循环充放电寿命是电容器的一个重要性能指标，对木炭基活性炭为电极的电容器循环寿命测试结果表明，该炭材料在40mA恒电流下充放电10000次，其比电容保持率高达83％左右，性能良好。以椰壳为炭源，用同样的方法制备得到活性炭孔径呈多峰分布，质量比电容随着活化剂用量的增大而增大，当C／ZnCl2质量比为2:5时，所得炭样的电化学性能最好，在5mA充放电时其质量比电容达260F／g，80mA充放电时其质量比电容达153F／g。椰壳基活性炭材料的体积比电容、面积比电容大，更具有实际应用的价值，其中CZ25炭样分别为172F／cm3、42.2μF／cm2。不足之处在于漏电流较大，等效串联内阻偏大，有待于进一步研究与改进。为了提高功率密度和能量密度，用分解电压更高的有机电解液代替KOH溶液，试制、研究了有机电解液超级电容器。研究发现无纺布适于做有机电解液体系超级电容器的隔膜材料，增大电解液浓度有利于提高比电容。自制炭样CZ134在1.0mol／L MeEt3NBF4/PC（四氟硼酸一甲基三乙基铵的碳酸丙烯酯溶液）电解液中，8mA放电时质量比电容达133.8F／g，等效串联内阻为6.4O，能量密度达25 W·h／kg以上，且随放电电流变化较小，适于不同功率下放电，有较好的应用前景。炭材料在MeEt3NBF4／PC有机电解液电容器中的比电容与比表面积、孔容之间有一定的相关性，研究发现质量比电容随着外比表面积的增大而规律地增大，随着中孔孔容的增大而增大，但与总比表面积和总孔容没有必然的相关性。这对超级电容器用活性炭材料的研究与开发具有理论指导意义。