随着新能源产业的迅速发展,风力发电和光伏发电装机容量快速增长,电动汽车产量大幅提高,这极大地增加了对储能设备的需求。此外,为使电力系统的稳定性和新能源电力电能的质量得以提高,越来越多的储能设备也加入了电力系统。同时,受能源资源日渐紧张和环境污染日趋严重问题的影响,寻找可持续发展的绿色新能源以及其先进的储能技术逐渐成为近年来研究领域的热点。在众多的储能设备中,超级电容器作为一种新型储能设备的超级电容器出现于本世纪初,由于自身的优异特性而受到广泛的关注。它充电速度快、循环使用寿命长、能量转换效率高、功率密度高、安全系数高并且绿色环保。虽然介于传统电容器和蓄电池之间的超级电容器适合应用于中、大功率的储能场合,并且,循环能力也明显优于电池,但其本身也存在一些问题,如能量密度远比蓄电池低。因为能量密度主要受比电容值和窗口电压值影响,而这个两个参数又主要受电极材料的影响,所以首先本文采用一步法制备了一种新型的材料即磷掺杂多孔碳/石墨烯复合材料,该材料是在750℃氯化钾熔融的状态下使用可溶性酚醛树脂和三苯基磷分别作为碳源和磷源而合成的。为探究其作为超级电容器的电极材料所使超级电容器表现出的电气性能,需要搭建超级电容器体系,一般实验室采用三电极体系或两电极体系。由于两电极体系更接近真实超级电容器结构,所以本文组装了纽扣式两电极系统并通过不同的测试技术对其进行测试以获得相关的电气性能参数,结果表明使用该材料作电极的扣式两电极系统获得高于一般水系窗口电压值,并拥有较高的比电容值,从而具有较高的能量密度,这为解决超级电容器普遍能量密度低、工作电压低的问题提供了新的研究方向。其次,为了探究使用该材料作为电极材料的商业化卷绕式超级电容器的工作发热情况,利用COMSOL分别建立了以电化学理论为基础的一维电化学模型和以热力学理论为基础的二维轴对称热模型,模型电极材料采用磷掺杂多孔碳/石墨烯复合材料,并将两个模型进行了耦合,得到电化学-热耦合模型,之后采用有限元仿真计算,得到了超级电容器内部的温度场分布,探讨了充放电电流和循环次数对超级电容器温度场的影响,这为器件的实际应用提供了理论参考依据。