超级电容器因为其具有较高的功率密度、快速充电的能力,被广泛应用于大功率供电场合上;基于其高功率密度优点,提升超级电容的能量密度是国内外研究重点。近十几年来,超级电容器能量密度的提升研究多数集中在其质量能量密度上,随着电动汽车的兴起和人们对与便携性供能需求的增加,有限空间高能量密度(即体积能量密度)的实现迫切需求。碳基电极材料是超级电容的重要组成,在维持其质量能量密度的同时,孔隙结构的优化和电极密度的提升是实现体积能量密度增强的关键。煤炭是大储量、含碳量高的天然碳源,由其通过物理或化学活化制备得到的活性炭材料由于比表面积高、孔隙结构可调,是超级电容电极材料的重要选择,开发高能量密度/功率密度的煤基活性炭是协同提升煤炭资源利用价值、发展高性能超级电容储能器件的重要方向。本文以实现煤基活性炭的超级电容体积能量密度为核心关注,深入探究了典型活化及后处理工艺对煤基活性炭孔结构及电极密度的深度调控方法,研究了煤基活性炭孔结构配组对超级电容致密储能特性的影响。本文首先工作以准东煤为碳前体,通过水蒸气一步催化活化的方法,通过控制活化温度、时间、催化剂制备了不同孔隙配组的多孔活性炭,研究了不同孔隙结构活性炭的体积容量相关的影响因素。通过扫描电镜、氮吸附测试等手段分析了活性炭的理化结构,并通过电化学性能表征其储能特性。研究结果表明,水蒸气一部催化活化准东煤获得多孔活性炭质量比电容较低,但其体积比电容高达80.24 F cm-3;相比之下通过化学活化制备的高比表面积活性炭虽然质量比电容较高,但其体积比电容仅有55.36 F cm-3。本章提供了一种可灵活调控孔隙结构的煤基活性炭的低成本制备方法,有望用于致密储能。在上述研究的基础上,为进一步高多孔活性炭材料的体积容量特性,解决材料密度与质量比电容的矛盾关系,本文选择三种典型高比表面积的多孔活性炭作为原材料,分别进行2、4、6、8h的球磨处理,通过球磨多尺度优化其结构。通过扫描电镜、氮吸附测试、Roman光谱、XPS、XRD等手段分析了活性炭的理化结构,探究了球磨过程对多孔活性炭从微观官能团、孔隙结构到宏观密度产生的多尺度影响,并通过电化学表征其储能特性。球磨4h的碱氧氧化预处理后活化的活性炭含氧量从4.77%提高到14.5%,比表面积从2900 m2 g-1左右下降至100m2 g-1左右,振实密度从0.07 g cm-3提高到0.47 g cm-3,电极密度从0.58 g cm-3提高到1.47 g cm-3,其质量比电容从214 F g-1下降至171 F g-1,最终其体积比电容高达242 F cm-3是目前商业活性炭的3-4倍。同时,为分析球磨对多孔活性炭颗粒的具体影响过程,本文通过EDEM仿真模拟软件,参照真实试验工况,模拟仿真球磨过程,分析球磨过程中磨球材料的运动状态速度等信息,以速度、碰撞能量、力描述球磨过程,为实验提供分析手段。