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作为新型的绿色储能转换装置,超级电容器具有功率密度高、库伦效率高、充放电速率快和循环寿命长等特点。三维石墨烯空心球（3D HGBs）继承了石墨烯的优点,并且有效地避免石墨烯纳米片的聚集。与此同时,3D HGBs的制备还具有低温,大规模和低成本等优点。但由于其双电层电容特性,其比电容较低。因此将3D HGBs与高赝电容的导电聚合物或金属氧化物结合来提高复合材料的比电容是一种行之有效的方法。其中聚苯胺（PANI）由于具有高的理论比容量,多种氧化还原态和易合成各种结构等优点使其成为一种优异的超级电容器电极材料。本文首先通过N2H4·H2O还原NiCl2·6H2O制备镍纳米颗粒（Ni NPs）,并以Ni NPs为模板,三乙二醇为碳源,制备三维石墨烯空心球（3D HGBs）。然后通过原位聚合法在3D HGBs的表面生长聚苯胺纳米线阵列（PANI NWAs）得到聚苯胺纳米线阵列/三维石墨烯空心球（PANI NWA/3D HGBs）。最后将PANI NWA/3D HGBs的表面经过十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）改性使其表面带有正电荷,通过静电自组装的方法将改性的PANI NWA/3D HGBs与表面带有负电荷的氧化石墨烯（GO）复合得到聚苯胺纳米线阵列/三维石墨烯空心球-氧化石墨烯（PANI NWA/3D HGBs-GO）复合材料。研究结果表明:约200 nm的PANI NWAs均匀地生长在直径约为500 nm的3D HGBs上,并在PANI NWA/3D HGBs的表面结合1 mg GO时复合材料的储能性能最好。在三电极体系下,在1.0 A/g时,复合材料的比电容可达到690.0 F/g;在两电极体系下,功率密度为690.1W/kg时,能量密度为30.9 Wh/kg;并在10.0 A/g时充放电循环10000次后,其容量保留率为90%。为进一步提高其性能,以商业镍纳米线（Ni NWs）为模板,用CH4作为碳源,采用化学气相沉积（CVD）的方法制备了三维石墨烯（3D GR）,并同样通过原位聚合法在3D GR上生长PANI NWAs得到PANI NWA/3D GR复合材料。研究结果表明:长度约300-400 nm的PANI NWAs垂直生长在小孔径3D GR上（1-3μm）。在三电极体系下,在1 A/g时,复合材料的比电容可达到818.7 F/g;在两电极体系下,功率密度为795.1 W/kg时,能量密度为33.4 Wh/kg;并在10.0A/g时充放电循环10000次后,其容量保留率为87%。