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超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的绿色新型储能元件。目前商业化超级电容器存在着能量密度偏低的缺点,为满足电动汽车、储能电源、军事等应用日益快速的发展,急需进一步提高超级电容器的能量密度、功率密度及循环稳定性。电极材料是决定超级电容器性能的关键,而高性能电极材料的制备是目前研究工作的热点和难点。鉴于此,本文拟将碳材料的高循环稳定性与导电高分子或金属氧化物的高比容量有效地结合起来,开展介孔碳基负载导电高分子(金属氧化物)复合材料的设计、结构控制与制备研究,期望通过在纳米尺度上实现复合材料的结构优化,充分发挥它们各自间的协同效应,从而大幅度地提高复合电极材料的电化学性能。论文的具体内容介绍如下：1.以有序介孔硅／碳的复合物为载体,利用简单的原位氧化聚合法实现了聚苯胺纳米须(PANI-NWs)在有序介孔碳(CMK-3)外表面的生长。该复合材料克服了以往同类复合材料比表面积过低的缺点,充分发挥了CMK-3的双电层电容作用,从而显著地提高了复合材料的电化学性能。实验中以樟脑磺酸(CSA)为掺杂剂,并在保留介孔孔道的前提下制备了PANI-NWs/CMK-3复合材料。保留的介孔孔道和PANI-NWs使得材料具有497m2g-1的高比表面积。该分级复合材料的比容量为470Fg-1,循环1000次后的比容量保持率为90.4%。2.采用化学氧化聚合与氧化还原反应相结合,实现了介孔碳、聚苯胺、二氧化锰间的相互耦合,得到PANI/CMK-3/MnO2三元复合材料。电化学测试结果表明含12wt%MnO2的三元复合材料具有最高的比容量,PANI以纳米层的形式均匀地包覆在基体颗粒表面。在酸性电解液中,PANI作为保护层可以有效地抑制MnO2纳米颗粒发生还原-溶解的过程,提高其电化学利用率。PANI/CMK-3/MnO2的比容量明显高于PANI和PANI/CMK-3两元复合材料。通过MnO2(?)内米颗粒和PANI纳米层对CMK-3的共同改性,可以充分发挥各组分间的协同效应,从而提高三元复合材料电化学性能。3.将有序双介孔碳(OBMC)良好的充放电性能与PANI一维纳米结构优良的导电、电化学性能结合起来,设计并合成了新型的PANI/OBMC复合材料。结构和形貌表征表明直径为20-30nm的PANI纳米线阵列生长在OBMC的表面。双介孔分布和分级结构赋予PANI/OBMC复合材料高的比表面积(599m2g-1)。含有60wt%PANI的分级复合材料具有高的比容量(517F g-1)和良好的循环稳定性,循环1000次后比容量保持率为91.5%。主介孔孔道和大量小介孔有利于电解液的渗透,独特的分级结构促进离子的扩散,而且缩短了电荷的传输距离,使得PANI/OBMC-60%具有优异的电化学性能。4.以多孔氧化镁(MgO)片层为模板,酚醛树脂(resol)为碳源合成了相互交叉的介孔碳纳米片(MCNs)。改变Mg0和resol的质量比可以有效地控制介孔碳颗粒的形貌。当MgO/reso1的质量比为1/1时,可以形成片片交叉的MCNS。碳片上大量的介孔和微孔使得MCNs具有1180m2g-1的高比表面积和1.56cm3g-1的大孔容量。电化学测试结果表明片片交叉的MCNs具有最高的比容量(241F g-1)和最好的倍率性能。5.将酸化的介孔碳纳米片(FMCNs)作为载体,通过氧化还原法成功制备了MnO2/FMCNs的分级复合材料。然后以MnO2/FMCNs为正极,FMCNs为负极组装了MnO2/FMCNs//FMCNs的新型不对称电容器。在1M硫酸钠电解液中,这种不对称电容器即使在2V的高电势下也能保持稳定,而且它的能量密度高于文献报导的其它基于MnO2组成的不对称电容器,在100W kg-1功率密度下,其能量密度为44.81Wh kg-1,当功率密度增加到5000W kg-1时,能量密度保持在9.72Wh kg-1。