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本论文以微型超级电容器作为研究的出发点,基于纳米电极材料的合成,设计和构筑一系列高性能微型储能器件,并对器件的电化学储能机制进行深入探索。取得了一些有意义的研究成果,得到主要结论如下。（1）为探究微型超级电容器中石墨烯及多孔石墨烯的电化学储能增强机制,采用紫外光刻技术、物理气相沉积技术以及电化学沉积技术设计构筑了基于纯聚苯胺结构、石墨烯-聚苯胺异质结构及多孔石墨烯-聚苯胺异质结构的微型超级电容器。电化学测试表明,随着多孔石墨烯中间层的引入,微型超级电容器的比容量为271.1 F cm-3,与纯聚苯胺结构和石墨烯-聚苯胺异质结构的微型超级电容器相比有了显著提高。石墨烯的引入可以加快聚苯胺层与集流体之间的电荷传输,而多孔石墨烯层间的离子传输有效性更进一步增加了储能器件中电解液离子在电极材料中的吸附量,更多电子发生了转移,从而实现储能器件比容量的提高。（2）为解决微型超级电容器能量密度低、应用灵活性差等瓶颈问题,率先提出以三维螺旋结构为基础的微型超级电容器概念,采用电子束刻蚀、物理气相沉积、溅射沉积和电化学沉积等技术,以Co（OH）2或MnO2为活性材料,引入导电金属包覆的微米柱阵列,制备了对称式三维螺旋结构的赝电容微型超级电容器。电化学性能测试表明,三维螺旋结构微型超级电容器具有较高的比容量、能量密度及功率密度,同时显示出较好的循环稳定性。对于多电极结构,通过简单改变集流体之间的连接方式,可以实现对能量密度和功率密度的调节。在工程学角度看,螺旋状设计能够使器件实现微米尺度上任意几何图形的集成,显示出了更好的灵活应用型。（3）为同时实现微型超级电容器高柔性度和透明度等目标,采用静电纺丝技术和原子层沉积技术,在微电子加工工艺的辅助下,制备了具有三维结构的柔性半透明新型微型超级电容器,并实现了微型储能器件的批量化构筑。与没有钒氧化物包覆的器件相比,三维纳米线网络结构微型超级电容器具有更高的比容量,该器件在100 mV s-1的扫描速率下比容量达到19.3 F cm-3,并且在不同弯曲状态下也表现出稳定的充放电特性。（4）为克服微型超级电容器中微电极匹配性差等问题,利用紫外光刻蚀技术、物理气相沉积技术及电化学沉积技术在含有氧化层的硅片上制备了NiO对称式微型超级电容器、MnO2对称式微型超级电容器及NiO//MnO2非对称式微型超级电容器。电化学性能测试结果表明,NiO//MnO2非对称式微型储能器件的比容量为37.7 F cm-3,与NiO对称式储能器件和MnO2对称式储能器件相比有了显著提高,并且展现出较好的充放电循环性能。