超级电容器作为一种新型的储能装置,因其具有高功率密度、长循环寿命、高倍率性能等优点而引起了科研工作者的广泛关注。然而,超级电容器具有能量密度较低的缺点,在一定程度上限制了其发展。因此,为了进一步提高超级电容器的能量密度,大量研究工作集中在设计电极材料和电解液体系上。本论文研究中,首先呈现了一种直接有效的模板炭化法来制备高性能的炭基电极材料,其次通过添加少量的氧化还原添加剂到电解液中进一步来提高超级电容器的电容性能,并对其反应机理进行详细的研究。论文的主要内容如下:1.采用模板炭化法制备高比表面积(2208 m2 g-1)的二维纳米多孔炭材料。其中,葡萄糖作为碳源,硝酸锌为模板。此外,提出一种新型的氧化还原介质硫酸亚铁铵(简称为FAS)添加到酸性电解液H2S04中并调节二电极体系中的电压窗口可以极大地提高超级电容器的电容和能量密度。而且,把FAS作为添加剂加到传统的H2S04到电解液,到目前为止还没有相关的研究。当超级电容器的电压窗口调节为-0.5～0.5V,将0.39 molL-1的FAS添加到1 mol L-1 H2S04电解液中,在电流密度为10Ag-1时超电容产生1499Fg-1的超高比电容,几乎是没有添加FAS的空白样品比电容值(53 F g-1)的28倍,其增加的倍数远远高于之前的相关文献报道。而且令人惊奇的是,其最大能量密度可高达58.70 Wh kg-1。该样品性能的显著提高不仅与电解液添加剂FAS发生法拉第氧化还原反应而产生额外的赝电容有关,而且与边缘活性炭原子对Fe2+/Fe3+,NH4+等离子表现出优异的电吸附也有关。另外,调节电压窗口也对超级电容器的电容性能起着至关重要的作用。在本节实验中结果表明:当超级电容器的电压窗口调节为-0.5～0.5V,其电容性能和能量效率达到最佳。2.如何大规模生产二维炭材料仍然是一个有趣的问题,在本节工作中,通过简单的模板炭化法,已经制备出了具有大比表面积为1229 m2 g-1和高孔容为1.66 cm3 g-1的二维纳米炭材料。其中,采用硬脂酸钠和镁粉分别作为碳源和模板。更为重要的是,我们展示了由KI和蒽醌-2-磺酸钠(AQS)组成的二元氧化还原添加剂以提高超级电容器的比电容。迄今为止,在正负两极上同时发生氧化还原反应的机理,特别是二元氧化还原添加剂的反应机理尚不清楚。因此,进一步探索和理解这一类型的反应机理对于超级电容器的实际应用是非常必要的。此外,采用中性电解液KN03可以扩宽炭基超级电容器的工作电压窗口。结果表明:KI和AQS分别在正极和负极发生氧化还原反应,而且呈现的工作电压窗口高达1.8V,远远大于水的理论分解电压(1.23V)。当二元氧化还原添加剂KI和AQS添加到KN03电解液中,当功率密度为1000 W kg-1时,超级电容器的能量密度高达33.81 Wh kg-1,其值远远高于没有任何添加剂的空-样品的能量密度(在相同功率密度下,其值为9.40 Whkg-1)。此外,该超级电容器还具有较低的自放电和优异的循环稳定性。