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碳纳米管(CNTs)／碳气凝胶(CAGs)复合材料是近年来新兴的一类复合碳材料,它的导电性强、储能效率高,是双电层超级电容器的理想电极材料。目前制备的复合碳材料由于制备方法的限制大多呈粉末状,成型问题极大地限制了复合碳材料在电化学领域的应用,因此制备具有整体式结构的复合碳材料是解决这一问题的关键。本论文基于本实验室研制的具有薄层大面积三维开放网络的CNTs／SMFNi为载体,分别以酚醛树脂(RF、PF或者混合物)和聚酰亚胺树脂(PI)为前躯体,通过浸渍-碳化法组装多孔CAGs,创制了以金属微纤网络为集流极、CNTs为纳米导线、CAG为离子存储库,尺度跨越宏观、微观和纳米的自支撑碳纳米管-碳气凝胶先进复合电极材料CAGs／CNTs／SMFNi。直接以酚醛树脂(RF)为前躯体制备的复合碳材料RF-C／C在5.0 M KOH溶液中,扫描速率为1 mV／s时的比电容达257 F／g(相应地,基于CAGs的比电容达360 F／g),是载体CNTs／SMFNi的6.5倍。在复合碳材料中,CAGs的微孔表面积占总表面积的55.7%,较小的孔径(约2 nm)导致无机电解质离子在材料内部的扩散阻力较大,在高扫描速率下不易在材料的表面形成稳定的双电层。在100mV／s的扫描速率下,1000次循环以后,复合碳材料的电容衰减达36.1%。同时,较小的孔径更不利于尺寸较大(>3 nm)的有机电解质离子的吸附。由于有机离子不能进入微孔孔道内,复合碳材料在有机电解质溶液中的电容较小,仅为无机电解质溶液中电容的1／9。在酚醛树脂的溶液中加入P123模板剂或者同时加入P123和TEOS,溶液中各组分之间产生不同程度的自组装,从而增加CAGs中孔道的孔径。实验分别以不同类型的酚醛树脂为前躯体,在前躯体制备的过程中加入模板剂或者同时加入模板剂和正硅酸乙酯,制备了3种复合碳材料：PF-C／C、Si-PF-C／C和PRF-C／C,这些材料都具有较大的介孔孔道(4-10 nm)。扩大的孔径有效地减小了无机电解质离子在材料内部的扩散阻力,增强了复合碳材料的电化学稳定性。在100 mV／s时,1000次循环以后,复合碳材料的电容衰减均低于13%,但由于CAGs含量的降低,导致复合碳材料的电容有所降低。在扫描速率为1 mV／s时,复合碳材料的电容为76、103、108 F／g(相应地,基于CAGs的比电容为294、336、275 F／g)。同时,扩大的孔径能让有机离子进入材料的介孔孔道内部,因而改性后的材料对有机离子的吸附效率增大,其中,PRF-C／C的电容最大。在0.1 M N(C2H5)4PF6中,扫描速率为1 mV／s时,PRF-C／C基于CAGs的比电容达167 F／g。由于碳化温度过高,聚酰亚胺树脂表面的活性官能团完全分解,因此制备的PI-C／C表面没有活性官能团存在,不能通过赝电容效应来增加复合碳材料的电容,但PI-C／C同样具有一定的离子存储效率。在无机电解质溶液中电容达133 F／g(基于CAGs的比电容为359 F／g),在有机电解质溶液中的电容为35 F／g(基于CAGs的比电容为94 F／g)。