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超级电容器是近些年来发展起来的一种介于电池和传统平板电容器的新型储能技术,其填补了当今快速发展的对储能装置的需求。它具有高功率密度、快速充放电和寿命长等优点,其可以应用于很多领域,如储存备份系统、混合电动车、个人电子产品等。然而大多数商业化电容器的电极是基于多孔碳材料,它不能够提供足够高的能量密度(往往<10Whkg-1),这限制了它的应用领域。因此,为了未来发展的需要,在保证电容器的高功率密度和长寿命的条件下,要尽量提高它的能量密度。根据电容器的能量密度计算公式E=(CV)2/2,超级电容器的能量密度可以通过提高材料的比容量或器件对外的开路电压来提高。基于此,本论文的主要研究内容是通过提高电极材料的比容量和器件的工作电压来提高电容器的能量密度。其主要结果和结论总结如下：(1)由于细菌纤维素具有优异的物理性能,其杨氏模量可达139GPa,抗张强度可达2GPa,基于此特性,我们利用细菌纤维素、碳纳米管和聚苯胺构建了一种新型柔性纸电极材料。这种基于细菌纤维素的纸电极具有优异的性能,其比容量在1A g-1的电流下可达656F g-1,其经过1000次稳定性测试后容量损失小于0.5%。(2)基于细菌纤维素是由连续的10nm厚和50nm宽的纳米纤维构成的网状材料,我们在细菌纤维素纳米纤维的表面原位聚合了一层PPy,然后制备了一种自支撑的BC-PPy/MWCNTs复合电极材料,其质量负载高达7-12mgcm-2。在11.23mg cm-2时其比电容高达2.43F cm-2,组装成器件后,其比电容也达590mF cm-2,经过5000次循环后,容量保持有94.5%。(3)我们用二氧化硅纳米球作为硬模板,苯酚/甲醛作为碳源,乙二胺作为碱催化剂和氮源,然后经过在氮气中碳化,移除模板,并用KOH活化,得到了高比表面积的中空氮掺杂碳纳米球。其比容量最高可达285F g-1,组装成对称电容器后其能量密度也可达7.7Wh kg-1,经过内部串联组装成2V电容器后其能量密度可达12.1Wh kg-1。(4)我们用碳/MnO2复合材料作为正极,活化过的N掺杂碳纳米管作为负极材料,在水系中性电解液中组装成了非对称超级电容器。其最高能量密度高达37.2Wh kg-1,经过3000次稳定性测试后,容量保持率可达95.2%。