石油资源的枯竭以及环境问题的日益恶化,使得人类对于清洁可再生能源以及高性能储能器件的需求迫在眉睫。超级电容器是一种介于传统的电容器以及二次电池之间的储能设备,具有功率密度高、充电速度快、使用温度范围广等优点,被广泛应用于电动汽车、轨道交通、柔性储能设备等。电极材料是影响超级电容器电化学性能的关键,活性炭其具有比表面积大、化学性质稳定等优点,是目前市面上应用范围最广的电极材料。但是传统的活性炭材料存在孔隙结构复杂、制备过程繁琐、比电容较低等问题,已不能满足未来对于储能设备不断增长的需求。理想的电极材料应该具备以下特征:较大的比表面积、理想的孔隙结构、丰富的活性位点、良好的导电性以及原料丰富。为了提升传统炭材料的电化学性能,本论文针对炭材料的缺陷,从材料形貌、孔隙结构以及引入赝电容材料等方面对炭材料进行了优化。主要研究内容和成果如下所示:（1）三维多孔蜂窝状炭材料的制备及其电化学性能研究以海藻酸钠为原料,利用海藻酸盐热解过程中发生体积膨胀的特性,创新了一步炭化法制备三维多孔蜂巢状炭材料,探讨了制备过程的关键步骤即升温速率对于炭材料的形貌、孔道结构以及电化学性能的影响。经过检测分析比较,以6℃/min的升温速率得到的炭具有最理想的纳米结构及电化学行性能。该材料具有丰富的气泡状单元组成的蜂巢状框架,开放的通道极大的较少了电解液在电极材料内部的传输阻力,在电流密度为1A/g时,比电容高达339 F/g,在电流密度20 A/g时比电容可以保持85%以上,同时,该电极材料良好的循环稳定性。（2）木质素基炭纳米片的制备及其电化学性能以木质素磺酸钠为碳源,以硼酸为功能性模板剂,通过模板法成功制备了木质素基炭纳米片,系统的研究了碳源与模板剂的质量比对于材料的形貌以及电化学性能的影响。研究发现,随着硼酸用量的增加,形成的炭纳米片的厚度逐渐减小,但是模板剂的含量过多则会破坏二维片层结构,当硼酸与木质素磺酸钠的质量比5:1时获得的炭材料具有最为理想的二维炭纳米片的结构特征。通过电化学性能测试,该材料在电流密度为1A/g时比电容为350 F/g,在电流密度为10 A/g时比电容仍可以保持80%,展现了良好的倍率性能,在电流密度为5 A/g时循环工作5000圈,比电容可以保持90%以上,是一种极具前景的超级电容器电极材料。（3）原位自组装法制备二维炭基Fe₃O₄及其电化学性能研究以海藻酸钠为碳源,通过Fe³⁺的引入成功制备炭基金属氧化物复合材料,其中海藻酸钠的线性分子通过与Fe³⁺之间的螯合作用自组装成二维片状结构,Fe³⁺得到有效的分散,且尺寸得到了有效控制。通过SEM,TEM等手段对该复合材料的形貌进行表征,发现其结构为以二维炭材料为基底,均匀镶嵌着纳米尺寸的Fe₃O₄纳米颗粒,促进电解液传输的同时提供了大量的活性位点产生赝电容,在电流密度为1 A/g时比电容可以达到550F/g以上,经过2000次循环充放电之后仍然可以保持89%的比电容,展现了良好的电化学性能。