超级电容器（supercapacitor），即电化学电容器，是一种新型的储能器件，兼具传统电容器和电池共同特性，主要由电极活性材料电极、集电极、隔膜、电解液、引线和封装材料组成。目前，超级电容器的研究主要集中在高性能的电极材料的制备上。超级电容器电极材料可以分为三大类：炭材料、金属氧化物及导电聚合物。随着社会的发展，超级电容器作为环保、节能、清洁能源的储能器件将受到社会越来越多的关注，因为其功率密度高、充电速度快、使用寿命长、低温性能优越、可长时间放置、可靠性高等诸多优点，可以被广泛应用于电动汽车、智能水表、智能电网、军事及相关领域。因此，超级电容器蕴藏着很好的发展前景。本论文选定水热碳球、廉价的二氧化锰及其复合物作为超级电容器的电极材料，结合多种电化学测试手段和材料表征方法，对电极材料的制备、电容特性、材料的合成机理及应用等进行了探讨和研究：主要研究工作及内容概况如下：1)系统地研究了水热法制备纳、微米碳球的方法，探讨了不同反应时间、反应温度及反应物浓度等制备条件对碳球形成产生的影响，并结合SEM、TEM及相关文献分析了碳球的生长机理。反应温度范围在180℃-240℃，反应时间范围在6h-24h，反应物浓度在0.025mol/L-0.1mol/L，制备出的碳球直径为40³80nm。通过探索电极的制备工艺，利用循环伏安、恒电流充放电及交流阻抗等测试手段，研究了碳球基超级电容器的电容特性。研究发现，①通过调节反应条件，可以制得纳米级碳球，且粒径越小，越容易发生熔合，生成花生状或链状碳球；②粒径越小所得碳球比表面积越高，高比表面积水热碳球作超级电容器的电极材料，表现出良好的双电层电容行为，电极的可逆性良好。2)通过水热法制备了不同晶型、不同形貌的MnO₂粉末电极材料。研究了不同反应物浓度对生成物晶型的影响，及不同晶型的MnO₂电极材料对电容特性和循环寿命的影响。研究发现，在高锰酸钾与五水硫代硫酸钠的浓度比为1:1时，得到颗粒状MnO2粉末，晶型为α型；当浓度比为1:2时，制得纳米线状MnO2粉末，晶型为γ型。结果表明，γ-MnO₂电极材料（194F/g）的电容特性优于α-MnO2电极材料（156F/g）。3)以KMnO₄和Na₂S₂O₃·5H₂O为原料，利用水热法制得γ-MnO2@C核壳结构复合材料，并结合SEM、TEM图及相关文献分析了其生长机理及电化学性质。研究发现，通过水热法可以合成γ-MnO₂@C核壳结构复合材料，复合电极的平均比电容达180.2F/g。