随着现代社会的飞速发展,环境恶化和能源短缺问题越来越突出,具有能量存储和转换功能的新型储能器件成为解决能源危机的重点手段之一。超级电容器作为一种结合高功率密度、高能量密度和较长使用寿命的新型储能器件得到广泛关注。超级电容器的性能取决于电极材料和结构。本课题针对目前电极结构分别实现功能化和结构化制备存在的问题,通过激光加工-化学加工复合方法在基体表面直接生长具有高比表面积和孔隙率的电极材料,实现超级电容器电极材料-结构-功能一体化制造。课题以碳酸锰和氧化锰电极材料为研究对象,分别开展激光熔覆-脱合金、飞秒激光刻蚀-化学氧化复合方法的研究。通过激光熔覆-脱合金复合方法制备碳酸锰微球电极:在基体上,将混合的铜、锰粉末利用激光熔覆的方式制备特定厚度的铜-锰合金层,通过脱合金法在合金层表面生长出均匀分布的碳酸锰微球,微球直径5~10μm,表面由尺寸200 nm左右的凸起棱角组成,最大比电容为388.0 mF·cm-2。通过对碳酸锰微球的表征与分析,初步确立了激光熔覆制备的铜-锰合金在脱合金初期的单相溶解与脱合金后期的形核、长大和熟化,提出微球的形成机制。通过飞秒激光刻蚀-化学氧化方法制备微纳结构氧化锰电极:利用飞秒激光在高纯锰表面刻蚀微纳结构,通过化学氧化把锰转化为氧化锰。其中,锥形阵列氧化锰电极比电容为258.5 mF·cm-2,经过2000次循环电容损失15%,循环性能良好。上述两种复合方法均能获得区别于薄膜的具有相当厚度的三维微纳米结构。这些结构具有较高的比表面积,同时又与基体之间实现了冶金结合,初步实现了电极材料-结构-功能一体化制造。研究结果也为其它能源器件电极结构制造提供了新思路。