超级电容器又称电化学电容器,是一种绿色的新型高效储能装置。它具有比传统的电池更高的功率密度和更长的循环寿命,对于传统电容器而言它具有更高的能量密度,近年来,已经逐渐成为电化学储能方向研究的热点,并且在混合动力汽车领域具有广阔的应用和发展空间。但是,相对于锂离子电池而言,超级电容器的能量密度较低,由超级电容器的能量密度公式E=1/2CU²可知,通过增大电极材料的比电容和提高工作电压可有效地提高超级电容器的能量密度。本论文以开发新型高比电容活性炭材料和高比电容活性炭金属氧化物复合材料为出发点,开展了如下三方面的研究。由于低成本和环境友好的优势,生物质高温炭化制备活性炭的工作一直受到广泛的关注。以黄豆壳为原材料,氯化锌为活化剂制备活性炭,并将其用作超级电容器的电极材料。采用SEM、XPS、N₂吸脱附、拉曼光谱等手段对其进行了物相及微观结构表征,结果表明,活性炭的孔隙结构以孔径为2-5 nm的介孔为主,当氯化锌与活性炭的质量比从1:1增大到3:1时,纳米孔炭的孔径从2.81 nm增加到3.93nm,孔容由0.314 cm³·g^-1增加到0.501 cm³·g^-1,表明制备的活性炭的孔径结构可以通过氯化锌与活性炭的质量比来调节。三电极体系的电化学测试结果表明,在1 A·g^-1电流密度下,由活性炭制备的电极的比电容达到455 F·g^-1,循环伏安曲线接近矩形,表明其具有良好的电容特性。制备的超级电容器的能量密度高达15.8 Wh·kg^-1,经过5000次循环后,表现出了良好的稳定性和电容保持率。黄豆壳基活性炭出众的电化学性能归因于其合理的孔径结构和丰富的含氧官能团。以商业活性炭为载体,通过硝酸表面改性活性炭,引入含氧官能团,增加了活性炭材料的亲水性,进而增加活性炭表面的电荷储存,提高材料的电化学性能,含氧官能团也增加了材料的比电容,并为棒状二氧化锰和活性炭的结合提供桥梁。采用化学沉淀法在炭表面反应生成纳米结构的棒状二氧化锰,制备出二氧化锰/改性活性炭（MnO₂/OAC）复合电极材料。采用SEM、XPS、N₂吸脱附和XRD对其结构进行了表征,结果表明,生成的棒状MnO₂均匀地负载于活性炭的表面,颗粒的直径在20-50 nm之间;二氧化锰/改性6h的活性炭复合材料（MnO₂/OC6）电极随着MnO₂含量的升高,比电容先增长后下降,当MnO₂与改性活性炭的质量比为2:1（MnO₂（2）/OC6）时,具有最大的比电容,在1mol·L^-1 Na₂SO₄电解液中,扫速为10mV·s^-1时,MnO₂（2）/OC6比电容达到200.3 F·g^-1,经过1000次循环后,比电容保持率超过86%。材料优异的电化学性能归因于活性炭发达的孔隙结构和MnO₂提供的法拉第电容。以13X分子筛为原材料,糠醇为碳源,通过模板法制备炭材料,采用KOH为活化剂制备多孔炭,并将其用作超级电容器的电极材料。采用SEM、XRD手段对其进行了物相及微观结构表征,并通过恒流充放电、循环伏安测试研究了不同活化因素对活化效果的影响。研究表明多孔炭制备的最佳工艺参数为碳化温度1000℃、活化温度750℃,活化剂浓度为50%,适当提高活化温度和活化剂浓度有利于多孔炭孔隙结构的发展和比表面积的提高。由最佳工艺条件制得的多孔炭,在1 A·g^-1电流密度下的比电容达到179.3 F·g^-1。