电化学电容器是一种具备充放电快、循环寿命长和安全性高等特性的新型储能器件,并已成为近年来储能器件领域的研究热点。但是相比于传统二次电化学电池,电化学电容器的低能量密度限制了其在储能动力等领域的应用。电极材料和电解液作为电化学电容器的核心部件,对提升电化学电容器能量密度具有决定性意义。然而,目前的研究主要停留在实验制备高性能电极材料和电解液,缺乏对电化学电容器内部电极过程的深刻认识,更是缺乏定性指导设计电化学电容器组成部件的策略。为此,本论文采用构建电化学模型的研究方法,模拟和解析电极材料结构、电解液组成对电容性能的影响规律,以此优化电极材料和电解液的设计,为进一步提升电化学电容器的能量密度提供策略。主要工作和结果如下:(1)基于碳材料电极的不同空间结构,建立双电层电容的电化学稳态模型,探究了碳材料空间结构对电容性能的影响。研究结果表明:对于碳材料和有机电解液组成的电化学双电层电容器,其双电层电容主受控碳材料表面附近的斯特恩层电容。当碳材料颗粒尺寸大于20 nm或孔径尺寸大于40 nm时,纳米化尺寸对比表面电容没有影响。当颗粒尺寸和孔径都小于4 nm时,纳米化尺寸对比表面电容有显著影响。当碳材料面结构曲率半径小于20 nm时,碳材料的凸面结构有助于提高碳材料的双电层比表面电容,特别是外凸球面的影响最为显著。(2)基于双电层电容的电化学稳态模型,探究了有机电解液组成特性对电容性能的影响。研究结果表明:对于电化学双电层电容器的有机电解液,不是有机溶剂的极性决定了双电层比电容,而是碳材料表面附近的紧密区域内有机溶剂局部介电系数;为了提高电化学双电层电容器的比电容,应该选择饱和介电常数高的有机溶剂。与有机溶剂相比,碳材料空间结构为双电层比表面电容的主要影响因素。换言之,为了提高电化学双电层电容器的电容性能,电极碳材料空间纳米结构需要引起更多的关注。(3)基于三类电化学电容器电极材料的不同储能机理,以电极界面双电层结构为界面理论基础,并结合电极过程动力学理论,建立了三种相应的电化学动态模型。并以双电层电容的电化学动态模型为基础,模拟了电化学双电层电容器的伏安循环曲线,探究了有机电解液组成对电容性能的影响。研究结果表明:对于较小尺寸的溶剂化离子,能够形成较大的离子堆积浓度,从而使得在碳材料表面附近的紧密区域具有较大的电势梯度,从而导致了电流密度的升高,并使得电化学双电层电容器具有较大的电容值。在高扫描速率下,提高有机电解液的扩散系数可以有效提升电化学双电层电容器的电容性能,并呈现较好的电化学双电层电容特性。