随着对便携电子产品需求的日益增长，缩短储能器件的充电时间广受关注，开发高倍率电化学储能器件逐步成为推进储能技术进步的重要方向。超级电容器和锂硫电池是新型电化学储能器件的重要成员，超级电容器具有高功率密度和长循环寿命，在智能电网、汽车制动系统等很多领域中扮演着不可替代的角色，锂硫电池理论容量高、成本低廉，被认为是最有潜力的高能量密度电池技术之一。然而，目前超级电容器在发展能量密度的过程中明显牺牲了其倍率性能和功率密度，锂硫电池则由于正极活性物质硫几乎不导电且中间产物多硫化物转化速率慢，使其倍率性能较差，因此在开发高比能超级电容器和锂硫电池的过程中提升其倍率性能是推进下一代电化学储能器件发展的方向之一。设计高效的电极材料是优化储能器件性能的重要途径，本论文从加快离子传输和电化学反应速度的角度出发，以生物质碳和Ti3C2Tx为例，构筑了面向高倍率储能的多孔电极材料。
　　首先，通过碳材料的微观结构设计，同步提高双电层电容器的能量密度和倍率性能。以核桃壳为原料，引入过量活化剂造孔，制备了具有超高比表面积(3577 m2 g-1)和超大孔容(2.19 cm-3 g-1)的薄孔壁碳片，由于其导电性好、孔隙率高，具有相互贯通的多层级孔结构，在超级电容器中实现了高倍率充放电，能量密度最高可达120Whkg-1，功率密度最高可达100kWkg-1。
　　其次，优化二维材料Ti3C2Tx的片层组装，提升赝电容器的倍率性能。从二维Ti3C2Tx纳米片出发，发展了Ti3C2Tx的三维凝胶化方法，有效抑制Ti3C2Tx片层堆叠，并通过改变溶剂脱除方式有效调控了三维Ti3C2Tx组装体的多孔结构。将三维Ti3C2Tx水凝胶切片用作自支撑的超级电容器电极，由于三维结构具有连续的导电网络、贯通的离子传输通道、更多的有效活性位点和高比表面利用率，其表现出高倍率超电容储能特性。
　　此外，设计了具有三维结构的Ti3C2Tx基复合材料，有利于加快锂硫电池的电化学反应和电子、离子传输速度，提升高倍率下的硫利用率。通过液相组装和原位生长法分别构建了三维的Ti3C2Tx/石墨烯和Ti3C2Tx/TiN复合材料，一方面三维连续网络结构有助于电子、离子快速传输，另一方面高效可利用的活性位点促进了多硫化物的快速转化，有效提高了锂硫电池的倍率性能。