石墨烯由于在力学和电学方面具有亮眼的表现而被应用作超级电容器的电极材料。石墨烯作为纳米材料,其微观形态并不能满足应用需求。纤维具有高强度、质量小以及可灵活编织的特点,是最具有潜力的宏观形态之一。将石墨烯组装成为石墨烯纤维是实现其作为电极材料应用的一种可行的思路。本论文采用聚丙烯腈（PAN）改善了氧化石墨烯/N,N-二甲基甲酰胺（GO/DMF）分散液的可纺性,利用湿法纺丝的方法制备了GO/PAN纤维,经过热稳定化及热还原过程得到了石墨烯纤维。为提升所制备的石墨烯纤维的储能性能,开展了石墨烯纤维的碳纳米管（CNTs）、混酸和聚吡咯（PPy）的递进式改性研究。利用扫描电子显微镜、热重测试、比表面积测试、拉曼光谱、XPS和电化学性能测试等分析手段研究了改性前后纤维物理、化学结构、热性能变化以及对电化学性能的影响。主要研究成果如下:（1）利用PAN改善了GO/DMF分散液的可纺性,实现了小片径低浓度GO溶液的连续湿法纺丝,获得的GO/PAN纤维截面不规则,表面存在沟壑,直径为40～50μm,长度达几十米。GO/PAN纤维拉伸强度为47-76 MPa。在热稳定化过程中GO和PAN之间存在相互作用,GO促进了PAN碳网结构的形成,而PAN热环化减少了GO转化为石墨烯的质量损失,为温度更高的热还原处理提供稳定的纤维结构基础。制备得到的石墨烯纤维的比表面积为3.44 m~2/g。0.1 A/g时石墨烯纤维的比电容为17 F/g。（2）采用物理共混的方式制备得到了CNTs改性石墨烯复合纤维。加入的CNTs分布在GO层间,为纤维构筑了多孔结构,提高了纤维的比表面积（12.66 m~2/g）。0.1 A/g时物理共混CNTs改性石墨烯复合纤维的比电容为22 F/g。（3）在湿法纺丝过程中,纤维通过浸渍法负载镍为催化剂,利用化学气相沉积法制备得到三维立体结构的原位生长CNTs/石墨烯（CNTs/G）复合纤维。纤维表面覆盖的弯曲CNTs相互缠绕,赋予纤维大比表面积（87.87 m~2/g）和较为合理的孔结构和孔体积（0.205 m~3/g）,其中91.12%为1-34 nm的介孔)。XPS研究表明所生长的CNTs含有1%的掺杂N。0.1A/g的测试电流密度下,原位生长CNTs/G复合纤维的比电容是34 F/g。生长的CNTs中的掺杂氮、大比表面积和孔结构赋予原位生长CNTs/G复合纤维良好的储能性能。（4）通过混合酸加热超声处理对CNTs/G复合纤维进行了化学改性。改性后的酸化CNTs/G（a-CNTs/G）复合纤维表面N、O含量显著提高,引入了包括羟基、羧基和羰基等含氧官能团,在为材料提供赝电容的同时,增强了对材料孔隙的利用,使纤维表现出突出的电化学性能。a-CNTs/G复合纤维在0.1 A/g的电流密度下比电容为141 F/g,电流密度升至10 A/g时,电容衰减率达到46.81%。2500次循环后,电容维持率为96%。在功率密度为362.16 W/kg时,电容器的能量密度为10.36 Wh/kg,在功率密度为1150.31 W/kg时,能量密度为7.67 Wh/kg。（5）以a-CNTs/G复合纤维作为模板,通过化学氧化聚合在纤维的表面聚合吡咯（Py）制备得到了a-CNTs/G@PPy纤维。a-CNTs/G复合纤维与Py的比例对纤维的形貌和电化学性能存在影响。当a-CNTs/G复合纤维和Py的质量比为3:7时,PPy包裹在纤维表面形成石墨烯纤维、CNTs和PPy的三层结构。这种特殊结构使得纤维通过双电层电容机理与赝电容机理进行电荷存储。0.5 A/g时a-CNTs/G@PPy纤维的比容量达到225F/g。纤维在扫描速率从5 m V/s增加至70 m V/s时,电容保持率为39.55%,1200次循环后,电容保持率为76.25%。0.5 A/g时a-CNTs/G@PPy纤维的能量密度可达到17.38 Wh/kg,功率密度为348 W/kg。