超级电容器因为具有快的充放电速率,高的功率密度以及优异的循环稳定性被认为是下一代能源储能设备的理想选择,其中电极材料是决定超级电容器性能的关键因素,而目前碳材料存在比电容和能量密度不够高的问题。为了获得性能优异的电极材料,本文以储量丰富和含碳量高的无烟煤作为碳前驱体制备活性炭,对活性炭进行界面修饰和金属负载,得到了具有优异电化学性能的复合材料。采用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对复合材料进行了测试,并作为超级电容器的电极材料进行电化学分析。研究内容和结论如下:（1）以除灰无烟煤为碳前驱体,KOH为活化剂,采用一步活化法制备活性炭（AC）,详细研究了活化温度、活化时间和碱碳比三个实验条件和AC电化学性能之间的关系。通过对比不同实验条件确定当活化温度为800℃,活化时间2h,碱碳比为4时制备的AC电化学性能最优,在电流密度为0.5 A/g时比电容为229 F/g,具有良好的电化学可逆性和倍率性能。（2）以尿素为氮源对AC进行界面修饰得到氮掺杂活性炭（NAC）,然后通过水热处理将MnO2引入到NAC表面形成三维结构的复合材料（MnO2@NAC）。利用密度泛函理论计算电荷密度差,在经过掺氮修饰后,N掺杂可以增强MnO2和NAC两相界面的相互作用和电荷转移。该电极材料在三电极体系6 M KOH电解质下具有优异的电化学性能和良好的循环稳定性,在电流密度0.5 A/g时比电容为408.5 F/g,10000次循环后的电容保持率为88.2%。以NAC为负极材料,MnO2@NAC为正极材料,PVA-KOH作为凝胶电解质,组装了1.6 V的柔性固态不对称超级电容器（FSAS）。FSAS器件在电流密度1 A/g时比电容为75 F/g,功率密度为800 W/kg时能量密度可高达25.56 Wh/kg,且该器件具有一定的实际应用潜力。（3）对AC进行HNO3水热氧化处理得到氧化活性炭（OAC）,通过水热法负载NiCo-DH制备了具有三维异质结构的NiCo-DH@OAC复合材料。经过氧化修饰的OAC作为NiCo-DH原位生长的载体,NiCo-DH纳米线均匀负载在OAC上,表现出良好的互连和高度有序的结构,具有更多的活性位点,从而有效地提高了活性物质的利用率。由于NiCo-DH高比容量和OAC稳定结构的协同作用,NiCo-DH@OAC表现出极为优异的电化学性能。在三电极体系中电流密度1 A/g时比电容高达1990 F/g,10000次循环后的电容保持率为92.3%,高于NiCo-DH@AC的85.7%和NiCo-DH的72.0%,表明碳载体界面修饰对复合材料的结构稳定性和循环性能具有重要的作用。制备的1.6 V不对称超级电容器在电流密度1 A/g时比电容为118.75 F/g,该器件在功率密度为800 W/kg时能量密度可高达42.22 Wh/kg,且在太阳能集成超级电容器的实验中表现出一定的实用性。该论文有图58幅,表17个,参考文献152篇。