作为储能装置,超级电容器具有高功率密度的优势,良好的可逆性和循环寿命长,被广泛应用于如汽车和个人电子产品电源的各个领域。一般来说,超级电容器由活性材料电极、多孔膜和电解质组成。电极材料是电容器的关键因素之一。电极材料的质量直接反映超级电容器的电化学性能。然而,目前市面上最常用的电极材料是多孔碳材料,但由于其能量密度较低,而导致其应用受到限制。因此,为了满足人们对能源需求,在不影响碳材料其他性能的基础上,提高它的能量密度。由能量密度计算公式可知,通过提高电容两端电压或比容量来增加碳基电极材料的能量密度。因此,本论文主要研究通过向碳材料中掺杂杂原子来提高材料的比电容,从而提高该超级电容器的能量密度。主要研究内容和结果如下:⑴通过使用化学试剂ZnCl₂作为造孔剂和脱水剂,苯并三氮唑（BTA）用作前驱体来制备高比表面积、氮含量高的氮掺杂碳材料。通过控制活化温度和ZnCl₂与BTA的质量比来控制材料的结构和电化学性质。使用各种表征手段（如SEM、TEM、XPS、XRD和BET）对材料的结构、形貌和孔结构进行表征,并根据电化学测试结果来找到制备条件,以期得到最优的材料。XPS和BET分析结果表明,在700℃的热处理温度下,NC-2-700样品中的氮含量为10.27 wt%,比表面积为1228 m²·g^-1;在三电极系统测试中,在电流密度为0.5 A·g^-1时其比电容为332 F·g^-1;在两电极系统测试中,该对称碳基电容器在电流密度为1 A·g^-1时,其能量密度和功率密度分别为12.94 Wh kg^-1和375 W kg^-1,甚至在电流密度为10 A·g^-1时,其能量密度和功率密度仍分别保持5.43Wh kg^-1和3750 W kg^-1。因此,该掺杂多孔碳材料在SCs方面有非常好的应用前景。⑵本文采用化学活化和原位掺氮相结合的方法,以苯并三氮唑（BTA）用作碳源和氮源,H₃PO₄用作掺杂剂和活化剂,来合成含有N/P/O-三种元素的多孔碳材料。使用SEM、TEM、XPS、XRD和BET对该掺杂碳材料进行微观结构表征和表面元素分析,然后结合电化学测试的结果来对实验制备条件进行优化,从而得到性能最好的材料。实验结果表明,样品PNOC-3-700具有高的比电容量(227.9 F·g^-11 at 1 A·g^-1)和高的能量密度(17.80 Wh kg^-1),甚至在10 A·g^-1时,能量密度仍为12.51 W h kg^-1,这是归功于其较高的比表面积(1337.7 m²·g^-1)和丰富的杂原子或官能团（11.4 at%O、6.5 at%N、1.1 at%P）,特别是N-5、N-6以及含氧官能团（醌、C=O、-O-、-COOH和-OH）。