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超级电容器（Supercapacitors）又名电化学电容器,是一种新型的能源转换与存储器件。超级电容器具有高功率密度、长循环稳定性、快速充放电和安全性等优势,在便携式电子设备、智能电网和电动汽车等领域的应用前景引起了极大的关注。目前商业化的超级电容器产品主要是基于碳基材料,受限于双电层储能机制,能量密度小于10 Wh kg-1。过渡金属氧化物具有高理论比电容,但是较低的导电性和体积膨胀效应导致实际应用受到限制。本文将镍、钴基过渡金属氧化物/氢氧化物设计成交联的片状分别与二维石墨烯薄膜和三维碳管泡沫结合,制备出柔性自支撑的复合电极材料,实现了高比电容和长循环寿命,为开发高比能量的混合电容器提供了科学参考。主要研究包括:（1）以聚氨酯（PU）泡沫为模板,通过浸润、干燥和火焰燃烧手段制备出氮掺杂的单壁碳纳米管泡沫（NCS）。三维多孔的NCS具有高疏水性,可用于吸附各种有机溶剂。泡沫状的网络结构使得NCS具有极好的弹性,可以承受80%的应变而不发生坍塌。此外,在60%的应变测试下,压缩1000次后的NCS仍表现出高弹性,可用于柔性的超级电容器。NCS作为双电层电极材料,在碱性电解液中实现126.8 F g-1的高比电容,经过10000圈充放电循环测试后,比电容保持原来的95%,具有优异的循环稳定性。（2）使用PU泡沫为模板,在其上包覆氧化石墨烯（GO）和单壁碳管（SWNTs）,经燃烧处理后得到氮掺杂的石墨烯/碳管泡沫（NCGS）。NCGS具有轻质、柔性、高导电等特点,以其作为复合电极的支撑基底,通过水热反应及热处理制备了NiCo2O4/NCGS复合材料。压缩成膜的NiCo2O4/NCGS实现了2050 F g-1高重量比电容和1176.7 F cm-3高体积比电容,以及极好的倍率性能和良好的循环稳定性。以NiCo2O4/NCGS作为正极,聚苯胺衍生碳（PANI-C）作为负极组装的非对称电容器实现了53.5 Wh kg-1的高重量能量密度和26.9 Wh L-1的高体积能量密度。此外,该电容器经过10000圈循环测试后,电容保留率高达83.5%,显示优异的电化学稳定性。（3）将氧化石墨烯与碳管混合经抽滤、还原得到分层结构的氮掺杂石墨烯/碳管复合薄膜（NCF）,引入的碳管有效地抑制了石墨烯的堆叠效应。以NCF作为自支撑基底,经一步水热反应在其上制备出螺旋状的Ni（OH）2纳米片。将NCF@Ni（OH）2复合膜作为超级电容器电极,研究其电化学性能,在2 A g-1的电流密度下实现了2130 F g-1的高比电容和2.88 F cm-2的高面积比电容。以NCF@Ni（OH）2为正极,活化聚苯胺衍生碳（APDC）为负极,组装的非对称电容器实现了60 Wh kg-1的高能量密度。此外,该电容器在30000圈寿命测试后,电容保留率高达79.2%,展示出超好的循环稳定性。