超级电容器因其功率密度高、充放电速度快、循环寿命长以及环境友好等优点,在混合动力汽车、新能源发电以及航天航空等领域得到广泛的研究和应用,炭材料由于具有电导率高、化学性质稳定、价格低廉易得等特点,已经成为超级电容器电极材料领域的研究热点。其中,活性炭纤维作为一种微孔炭,其比表面积较大、吸附速率快、孔径分布集中,主要以粘胶、沥青、聚丙烯腈等为前驱体,经过一定程序的炭化和活化工艺制备得到,纤维直径在5 μm-20 μm之间,制备过程中形成的结构缺陷使其具有丰富的微孔结构,大量微孔直接从纤维表面开口,是较为理想的超级电容器电极材料。活性炭纤维与大多数炭材料一样,对其进行热处理会导致表面孔结构和微晶结构发生显著变化,进而对超级电容器的电容性能产生较大影响。目前,关于随热处理温度的升高,活性炭纤维表面结构和性能的变化规律方面的研究较少,因此本工作以一系列不同前驱体的商业化活性炭纤维为原料,对其进行不同温度的热处理,热处理温度从700℃到2800℃,通过氮气吸附法、X射线衍射和元素分析等表征方法来考察热处理过程中活性炭纤维的孔隙结构、微晶结构、元素组成和电导率的变化,并研究其作为超级电容器电极材料时在有机体系和氢氧化钾(KOH)体系下的电化学性能。论文的主要结论如下:(1)随着热处理温度的升高,活性炭纤维的含氧量逐渐下降,含碳量逐渐提高,导电率性渐变好,比表面积呈现先增大后减小的趋势,在900℃或110℃时比表面积达到最大。当热处理温度大于100℃时,ACF的类石墨微晶层间距不断减小,微晶尺寸不断增大,结构趋于石墨。与粘胶基和沥青基ACF相比,聚丙烯腈(PAN)基ACF更容易石墨化,在2800℃热处理后,其石墨化度可达88%。(2)活性炭纤维用做超级电容器电极材料时,热处理提高了其在有机体系下的电容性能,对无机体系下的电容性能并无明显改善。在有机体系下,微孔是影响其比电容的主要因素,R-ACF在900℃热处理时微孔比表面积最大,其质量比电容也最大,ST1300型R-ACF的比电容可达96 F·g-1。中孔有利于提高超级电容器的倍率性能,FE400型PAN-ACF经过900℃热处理后,具有最大的中孔比表面积,其在20A·g-1电流密度下的容量保持率可达88%。(3)在无机体系下,随着热处理温度的升高,ACF表面含氧官能团逐渐受热分解,使电解液的浸润性变差,增大了离子传输阻力,比电容呈现逐渐下降的趋势。另一方面,热处理在一定程度上改善了超级电容器的倍率性能。