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超级电容器具有高功率、充电快、寿命长等特点,在后备电源和大功率输出方面有极大的应用前景。然而,目前绝大部分商用超级电容器采用碳基电极材料,其能量密度较低(≤10 Wh kg-1),制约了超级电容器在高能量需求方面的应用。近年来,一种新型的二维过渡金属碳化物/氮化物（MXene）材料因具有金属导电性、亲水性、丰富的化学表面等特性,成为了电化学储能领域的研究热点。然而,对MXene的研究和其应用潜力的开发还处于起步阶段。本论文从MXene材料中的代表二维层状Ti3C2入手,通过设计和制备结构新颖的Ti3C2基电极材料,讨论了其电化学性能,分析了电化学储能的动力学过程,并探索了Ti3C2基超级电容器的应用潜力,取得了一些进展:采用HCl和LiF的混合溶液为腐蚀剂,实现了对前驱体Ti3AlC2的“腐蚀-嵌入-剥离”一步完成,通过优化制备条件,成功制备了少层的二维Ti3C2纳米片,并研究其形貌、结构和组分特性。结果表明,制备过程中水合Li+离子或水分子的嵌入使得二维Ti3C2纳米片片具有较大的层间距,其比表面积为16.2 m2g-1,且表面包含大量的含氧官能团及少量-F、-Cl官能团。对Ti3C2薄膜电极进行电化学性能测试,其面积比电容为190 mF cm-2,并表现出优异的循环稳定性。采用楔入导电“垫片”的策略,首次将Ag纳米颗粒作为“垫片”插入Ti3C2纳米片间,以实现抑制Ti3C2纳米片堆叠和提高复合材料比表面积的目的,设计并合成了Ti3C2/Ag复合材料结构薄膜。优化复合材料中Ag纳米颗粒的含量,得到的Ti3C2/Ag（1:2）电极其比表面积为107 m2 g-1,表现出最高的面积比电容332.2 mF cm-2,且电极材料的负载量能够提高到15 mg cm-2。以Ti3C2/Ag（1:2）电极为负极组装的非对称超级电容器,其最高能量密度为121.4μWh cm-2,最高功率密度为17395μW cm-2,且10000次充放电后电容保持率为82%,并能够为单支红色LED供电。利用静电自组装,设计制备了三明治型Ti3C2/PEDOT:PSS复合材料结构薄膜。研究结果表明,PEDOT:PSS的引入能够增大Ti3C2纳米片的层间距,抑制Ti3C2纳米片的堆叠,使比表面积增大到73.7 m2 g-1。优化PEDOT:PSS在复合材料结构中的比例,获得最佳的体积比容量为1065 F cm-3,且循环10000次后电容保持率为80%。该电极具有良好的柔韧性,以此电极为负极组装的柔性非对称超级电容器,弯折不同角度对电化学性能几乎没有影响,并且能够应用于发光手环。构筑多孔Ti3C2气凝胶结构,并研究其电容性能。以乙二胺为还原剂,结合水热自组装法和冷冻干燥技术,首次制备了多孔Ti3C2气凝胶结构材料。研究表明,Ti3C2气凝胶结构中包含大量的介孔和大孔,比表面积高达176.3 m2 g-1,有效抑制Ti3C2纳米片的堆叠。Ti3C2气凝胶其独特的孔结构赋予了该电极高的倍率性能,扫速增大50倍,其电容保持率为76.6%,表明多孔Ti3C2气凝胶电极在高电流密度下更有应用潜力。以此电极为负极和静电纺丝制备的碳纤维薄膜正极组装成非对称超级电容器,结果显示,其最高能量密度为120μWh cm-2,最高功率密度为26123μW cm-2,且5000次充放电后电容保持率为84%,并能够为19个LED并联组成的灯板供电,预示其优异的应用前景。