便携式可穿戴设备和电动汽车行业的高速发展对储能材料提出了更高的要求,但是大多数储能材料仍然只能作为系统中的附加模块放置在容器中,这无疑增加了整体质量。解决方案之一是直接使用结构储能材料,用作汽车的车顶或设备的其他支撑部件。使用结构储能材料可通过整合储能材料和支撑材料为一体并卸下容器来有效地减少设备的整体重量。碳纤维基功能复合材料具有很高的抗拉强度,良好的储锂能力和轻的质量,被认为是最有前景的结构储能材料之一。但是,随着时代的发展,碳纤维的能量密度不足以达到储能材料的要求,其中最重要的是在充放电过程中的低容量。因此,为了碳纤维基功能复合材料的进一步应用,首要任务是改善其低容量的劣势。针对上述问题,本论文主要通过引入过渡金属氧化物NiO、纳米尺寸Co304和高理论比容量MnO2来改善碳纤维材料的电储能特性。从研究材料组分、结构以及形貌出发,进一步讨论各材料之间的相互协同作用对碳纤维基功能复合材料的循环稳定性、倍率性能和充放电比容量等的影响。通过常温搅拌、氧化还原反应、煅烧等简单的合成方法制备出三种基于碳纤维的储能复合材料。除此之外借助FESEM、TEM和XPS等表征测试仪器,对制备的材料进行成分分析和形貌观察等,主要的研究成果如下:通过水浴加热以及空气中煅烧的简单方法,成功合成NiO包覆碳纤维复合材料。由于NiO的高理论比容量和碳纤维的良好电导率的结合,所得到的NiO包覆碳纤维复合材料在电化学储能领域表现出出色的性能。NiO包覆碳纤维复合材料展示了超过99%的库仑效率和良好的循环能力,在100 mA g-1的电流密度下,即使经过100次循环后,仍然具有441.2 mAh g-1的放电比容量,优异的电化学性能可归因于一维结构的碳纤维与NiO的协同作用,使电化学反应高度可逆。由于NiO粒子整体尺寸较大,导致所制备的复合材料的充放电比容量仍有提升空间,为了进一步改善所得到的复合材料的电化学性能,我们将纳米尺度的Co304与碳纤维复合,得到Co304包覆碳纤维复合材料。由于结合了 Co304的高理论比容量和碳纤维良好的导电性和强机械性能,同时纳米结构可以提高电极材料的利用率,所制得的纳米Co3O4包覆碳纤维材料表现出优异的储锂性能。在100 mA g-1的电流密度下,初始放电和充电比容量为833和574.3 mAh g-1,容量保持率约为68.94%,经过150次循环后,放电比容量仍保持在625 mAh g-1,显示出良好的结构稳定性和储能潜力。因为Co3O4相对较低的理论比容量不利于开发大容量的负极材料,为了进一步改善所得到的复合材料的导电性,将理论比容量更高的纳米尺寸的MnO2与碳纤维复合,成功制备了高理论比容量MnO2包覆碳纤维复合材料。在制备的复合材料中,碳纤维在改善电化学性能方面起着关键作用,它不仅有助于增强电导率,而且还减轻了二氧化锰的体积膨胀并促进了电子和离子的转移。因此,所制备的MnO2包覆碳纤维复合材料表现出优异的储锂性能,该复合材料具有超过99%的库仑效率和良好的循环能力。即使150次循环后以及100 mA g-1的电流密度下,它仍然具有648 mAh g-1的高可逆容量,约为碳纤维(260 mAh g-1)的2.5倍,证明了高理论比容量MnO2包覆碳纤维复合材料具有良好的的循环和倍率性能。