目前商业化主流产品碳基超级电容器存在能量密度低的瓶颈问题,研究表明调控碳电极材料的微观结构和理化性质有助于提高其储能密度,然而,超级电容器能量密度的提升通常伴随着功率特性的降低。本文针对上述问题,开发出一种三维碳超球体新材料,重点探讨了三维碳超球体微结构对双电层建立行为的影响机制,并拓展其在柔性微型固态超级电容器上的应用。具体研究内容如下:1.针对碳电极材料,我们结合原位转化和非原位模板限域组装法,利用Mg为还原剂,预掺杂MgO模板,将CO₂转化为三维碳超球体材料。这种三维碳超球体材料表现为类树莓状结构,具有多层次孔结构和表面次级结构、比表面积高(1001 m² g^-1)和导电性优异(2700 S m^-1)。三维碳超球体基超级电容器在离子电解液中表现出52.5 Wh kg^-1和46.5 kW kg^-1的高能量密度和高功率密度,解决了碳电极材料能量密度低以及高功率密度下能量密度快速衰减的关键问题。2.结合紫外冷光加工和大面积喷涂技术,构筑了纸基底直接支撑的三维碳超球体柔性电极,并采用PVA/H₂SO₄作为电解质和隔膜层制备出柔性微型固态超级电容器。系统研究了超级电容器电极边缘结构对离子传输性能的影响,研究表明叉指电极宽度的减小促进电解质离子的快速传输,从而提升双电层电容建立的效率。经过优化的实验结果表明三维碳超球体电极薄膜厚度增加至4.5μm时,器件的面积和体积比电容达到7.3 mF cm^-2和16.2 F cm^-3,且循环10000周后,保持率高达104.4%。此外,三维碳超球体基柔性微型固态超级电容器柔韧、轻薄、可贴片化和易集成的特点将有助于促进其在柔性和可穿戴电子器件的实际应用。3.构建聚合物PVDF-HFP交联型TEABF₄/PC和EMIMBF₄柔性固态电解质,利用其高工作电压、离子尺寸与孔匹配性的优势,进一步提升柔性微型固态超级电容器的储能密度。聚合物固态电解质的离子电导率随温度呈Vogel-Tammann-Fulcher关系变化。在PVDF-HFP@TEABF₄/PC和PVDF-HFP@EMIMBF₄凝胶聚合物电解质的作用下,基于三维碳超球体材料的柔性微型固体超级电容器的工作电压窗口扩展至2.5和3.0 V,能量密度相应地增高到2.6和4.7μWh cm^-2。