传统化石燃料的大量使用,伴随而来的是一些环境污染,资源短缺等诸多问题。随着科技的发展,电子产品更多的走入了人们的生活中,因此,探寻一种清洁可持续的能源迫在眉睫。超级电容器和锂离子电池是目前比较有发展前途的储能设备,超级电容器具有很多的优点,比如寿命长,循环稳定性好,大电流下可进行快速的充放电,功率密度高等,锂离子电池具有能量密度较高,循环寿命长,环境友好等优势。提升储能设备性能最重要的是选择合适的电极材料。各国研究人员争相开发性能优异的电极材料,综合所有的电极材料,炭材料因其具有环境友好,成本低,资源丰富等诸多优点,因此成为研究人员研究的热点。炭材料用作超级电容器电极材料储能机理为双电层吸附,循环性能稳定,环境友好,但是炭电极比电容难以满足现代社会的要求,能量密度也较低,因此要对炭材料进行改性优化使之符合我们的需求。优化炭材料性能主要从两方面进行,一种是进行形貌和孔结构的设计,进而缩短电解液的扩散路径,增加炭材料与电解液之间的润湿性,提供更多的反应活性位点;第二种是进行杂原子掺杂,引入大量的缺陷,增强炭材料导电性,提高炭电极的因可逆氧化还原反应带来的赝电容。聚苯胺是一种导电高分子,它的制备方法简单,形貌可调控,化学稳定性好,环境友好,通过控制反应条件或使用模板剂可以合成出特定形貌的聚苯胺前驱体,经炭化处理,就可以得到相应相貌的杂原子掺杂炭材料。炭气凝胶因其高比表面积和发达的孔隙率而更适合于高比电容,3D网络结构可提供连续的电子路径,从而通过缩短电解液扩散路径促进离子传输。本文以苯胺作为聚合单体,植酸作为交联剂,在引发剂过硫酸铵作用下,反应生成聚苯胺水凝胶,经过冷冻干燥处理进而得到聚苯胺气凝胶(PHA),通过在惰性气氛下高温炭化处理,聚苯胺气凝胶转化为氮氧磷共掺杂的聚苯胺炭气凝胶(MPC)。经KOH活化处理,制备出多孔的聚苯胺基炭气凝胶(PCAs)。探究了活化温度对氮氧磷共掺杂的聚苯胺炭气凝胶微观结构、表面性质和电化学性能等的影响。研究结果表明:将氮氧磷共掺杂的聚苯胺炭气凝胶在超级电容器测试,PCAs-800表现出较高的比电容和超长的循环寿命,0.5 Ag-1的电流密度下,表现出高达288.5 F g-1的比电容,在10Ag-1的大电流密度下循环测试10000次,循环保持率为94.7%。在对称电容器器件测试中,电压窗口可以在碱性电解液下拓宽至1.2V,并且在150.7 KW Kg-1的功率密度时,能量密度达15.1Wh Kg-1,性能优于其他的多孔炭材料。锂离子电池测试的结果表明,活化处理对提高电池的比容量有着重要作用。PCAs-800在200 mA g-1的电流密度下,具有1350mAhg-1的可逆容量,增大电流密度至2Ag-1时,比容量仍然可以保持在570 mAh g-1,在小电流200 mA g-1的电流密度下循环300次,其容量保持率70%,这主要归功于其独特的3D多孔结构和丰富的表面功能基团。以F127作为软模板,苯胺和吡咯作为共聚单体,通过调节F127的浓度制备出聚(苯胺-吡咯)空心球。研究发现,F127的形成对于空心结构的形成有着重要的作用,调节F127的浓度可制备出不同粒径的空心球,根据粒径分布结果,选择F127浓度在1.4 mM时制备出的空心球,对聚(苯胺-吡咯)空心球进行不同温度的炭化处理之后,得到聚(苯胺-吡咯)炭空心球。将此材料应用于超级电容器中,循环保持率优异,其中PHS-700在充放电测试以及大电流长循环测试中,均表现出最高的电容性能:0.1 A g-1的电流密度下,表现出153.4F g-1的比电容,在5A g-1的电流密度下循环10000次,容量提升为114%。