不可再生化石能源的大量使用,不仅造成了严重的环境污染,而且引发了能源危机。因此新型的可再生能源及能量存储技术逐渐成为材料科学领域的研究热点。超级电容器作为一种通过双电层电容和氧化还原赝电容进行电荷存储的新型储能装置,由于具有高功率密度、优异的循环寿命和快速充放电等优点,而受到研究者的广泛关注。然而,较低的能量密度仍是制约超级电容器大规模应用的瓶颈问题。本论文提出以化学气相沉积（CVD）生长的垂直碳纳米管阵列（VACNTs）为三维导电载体,通过超临界二氧化碳辅助浸渍及低温氧化退火,在碳纳米管表面修饰赝电容金属氧化物构建高性能的纳米复合电极,以提高超级电容器的比电容;此外,通过组装水系的非对称超级电容器进一步拓宽器件的工作电压范围,从而提升电容器的能量密度。首先,设计制备了碳纳米管阵列负载四氧化三钴（Co₃O₄）的Co₃O₄/VACNTs纳米复合电极,研究了退火温度对复合材料形貌、结构及电化学性能的影响规律,并通过电化学测试对复合电极中Co₃O₄的负载量进行优化。采用类似的方法制备出Fe₃O₄/VACNTs复合电极,并以其为负极、Co₃O₄/VACNTs为正极,组装水系的非对称电容器。研究发现,260℃退火所获得的Co₃O₄/VACNTs复合电极具有最优的电化学性能,电流密度为1 A/g时的比电容达到833 F/g,并且当电流密度增加到20 A/g时,仍然保持了原始电容量的89%。与Fe₃O₄/VACNTs负极匹配组装的非对称电容器,稳定工作电压范围为1.8 V,最大能量密度达36 Wh/kg,并且经过5000次循环后电容保持率达87%。之后,通过同时负载两种金属前驱体制备出了VACNTs负载尖晶石结构二元金属氧化物的NiFe₂O₄/VACNTs纳米复合电极,发现其在正负电压窗口均可稳定工作。因此,以该赝电容复合材料作为正负极、2 M KOH水溶液为电解质,组装了对称超级电容器,将器件的工作电压范围拓宽到1.8 V。研究发现,当电流密度为1 A/g时,电容器的比电容达83 F/g;当功率密度为0.89 kW/kg时,器件的最大能量密度达到36.5 Wh/kg;在5 A/g的电流密度下,经过8000次恒电流充放电循环后,电容器的电容保持率为89%,表现出与非对称超级电容器相匹敌的优异性能。