清洁可再生的新能源是解决全球能源需求和绿色化产能的首要选择。超级电容器是在新能源提取过程中稳定能源外输所需的关键储能设备,但其能量密度普遍较低,如何进一步提高超级电容器的能量密度是提升其应用领域和范围的重要突破方向。电极表面涂层聚电解质可大幅提升超级电容器储能性能（ESP）,但内在的微观机制尚不清楚。本文利用聚合物密度泛函理论,研究了电极表面聚电解质（PE）涂层微观结构对超级电容器能量密度及电容影响的微观机制,并拓展研究了电容混合（Cap Mix）技术提取盐差能装置中表面聚电解质涂层的影响,为高能量密度超级电容器的设计提供了理论依据和调控思路。主要内容如下:（1）围绕电极表面聚电解质涂层材料的遴选,采用聚合物密度泛函理论模型研究了不同聚电解质涂层对于储能密度的影响机理。研究发现聚电解质的涂层效应对超级电容器储能有举足轻重的影响:当PE涂层与电极携带同种电荷时,可提高电容器能量密度达两个数量级,并进一步揭示了强化机制为PE涂层可以通过静电吸引作用大幅增加自由离子在电极表面的吸附量;当PE涂层携带与电极相反的电荷时,由于静电斥力的作用,自由离子吸附减弱,电容器能量密度会受到抑制;另外,本文提出,在不指定电容测量条件的情况下,讨论电容随表面涂层的变化趋势没有意义。当固定表面电压来测定电容时,PE涂层对电容的影响与对能量密度的影响趋势非常相似。反之,当表面电荷密度固定时,PE涂层对电容的影响与对能量密度的影响趋势恰好相反。（2）海水和淡水自发混合过程中引起整个体系吉布斯自由能变小,自由能变化带来的能量释放可通过混合电容技术来提取。为了提高能量提取效率,研究了聚电解质涂层对盐差能提取的影响机制和调控方向。研究发现,当PE涂层链长和表面嫁接密度增大时,电极表面形成的聚电解质微观结构有利于提高盐差能提取效率,同时还能降低了操作电压。PE涂层链长和表面嫁接密度的增大会使海水与淡水中的盐离子聚集吸附在电极表面的密度增大,从而使提取的盐差能呈现非线性增大的趋势。综上,本文采用聚合物密度泛函理论模型,阐明了电极表面高分子涂层调控超级电容器电容和能量密度的微观机制,揭示了界面电解质微观结构和热力学性质的直观物理联系,并为提高超级电容器能量密度和盐差能提取效率提供了理论基础。