近年来,便携式、可穿戴式电子设备的飞速发展对储能元件提出了更高的要求。超级电容器凭借其快速的充电速率、稳定性的能量输出等优点得到了国内外研究者们的关注。水凝胶电解质与炭电极作为超级电容器的重要组件,直接影响着超级电容器的容量、循环性能与使用寿命。同时,粘土矿物资源丰富,结构独特,恰当的使用能有效提高水凝胶的综合性能,进而提升超级电容器性能。本文以高岭石为基本原料,采用尿素插层的高岭石与尿素/氯酸钾体系混合煅烧制备出层间膨胀的高岭石。尿素与氯酸钾反应释放的能量是高岭石层膨胀的驱动力,不同尿素/氯酸钾比例与反应释放的能量呈正相关关系。实验结果表明,通过调整尿素与氯酸钾的质量比可以调节高岭石片层的膨胀程度。当尿素/氯酸钾比例超过0.49时,高岭石（001）晶面特征衍射完全消失,制备的膨胀高岭石呈现出手风琴状层间膨胀的形貌,层状多孔结构在20-190 nm范围内扩展成网状结构。与高岭石原土相比,膨胀高岭石的比表面积和总孔体积分别达到高岭石原土的2.5倍与2.7倍。同时,片层完全膨胀的高岭石具有比高岭石原土更高的ζ电位绝对值,对亚甲基蓝的吸附能力更强。研究发现,在聚丙烯酰胺水凝胶基体中添加膨胀高岭石可以显著改善水凝胶的性能。高岭石经过片层膨胀处理,更多的片层表面羟基得到暴露,并参与与聚丙烯酰胺CONH2基团形成氢键,有利于水凝胶力学性能的提高。同时,暴露的更多片层表面,在3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷有机改性时,能够在表面接枝更多的有机基团,参与水凝胶网络的交联,从进一步提升水凝胶的力学性能。改性膨胀高岭石添加的复合水凝胶样品,其断裂伸长率可达1960%,拉伸强度达到267 k Pa,并能承受各种严酷的机械刺激。复合水凝胶的吸液率达到888%,离子电导率达到33.54 m S cm-1分别是聚丙烯酰胺水凝胶的1.5和2倍。将该复合水凝胶组装到超级电容器中,经过5000次充放电测试,其容量保持率可达89.5%(5 A g-1)。此外,该复合水凝胶超级电容器具有优异的耐久性和柔韧性,可以承受弯折、锤击而没有明显的性能衰减。本文还以杏核壳为炭源,采用KOH活化方式制备超级电容器电极使用的生物质炭材料。探讨了不同活化剂浓度对制备的炭材料比表面积、孔体积、形貌以及电化学性能的影响。随着活化剂KOH浓度由0 mol L-1增加到4 mol L-1,制备的生物质炭表面形貌由光滑无孔变为丰富多孔的蜂窝状结构,比表面积、孔体积、比电容先增大后减小。组装超级电容器后,0.5 A g-1时的Cs为216 F g-1,在20 A g-1时,Cs仍可达189 F g-1的高容量,电容保持率为0.5 A g-1时的89.5%。同时,组装的超级电容器在5 A g-1下循环充放电5000次后,其容量保持率高达99.5%。