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能源短缺是全球都亟待解决的问题,化石燃料储量急剧减少迫使人们开发利用更清洁的可再生能源,而提高储能设备的性能是决定能源利用率的关键环节。超级电容器作为介于电池和电容器的新型储能设备,凭借其优异的倍率性能、功率密度和安全性在各个领域有着广泛的应用。电极材料的优劣从根本上决定了超级电容器的性能,而纳米洋葱碳（CNOs）作为一种零维纳米碳材料,高度石墨化和纳米球形结构使其具有良好的导电性和化学稳定性,在超级电容器电极材料领域展现出良好的应用价值。由于储能机制和电压窗口的限制,水系超级电容器陷入能量密度难以提升的桎梏;CNOs由于形貌难以控制、制备工艺要求严格,在许多领域的应用受到了限制。针对这些问题,本文通过化学气相沉积法,利用金属催化剂催化裂解甲烷制备了CNOs,并探究了最佳制备工艺;采用水热法制备了电化学性能最佳的CNOs/MnO2复合材料,并系统地研究了反应条件对材料结构形貌和性能的影响;探究了CNOs作导电剂对水系活性炭超级电容器性能的影响以及非对称超级电容器的性能的提升。结果如下:（1）还原法制备的纯Ni催化剂比Fe-Ni复合催化剂对甲烷裂解的催化效果更好,当反应温度为800℃,反应时间为5 h,甲烷流量为300 sccm时制备获得纯度高,粒径在50-100 nm,石墨化程度高的球形CNOs,产率可以达到2.37 g·g-1。（2）CNOs/MnO2的制备和电化学性能研究中,通过逐步改变水热时间、原料配比、水热温度和CNOs投加量探究其对材料形貌结构和综合性能的影响。当水热时间在2 h后CNOs/MnO2产物会同时形成α-和δ-两种晶型,结晶度提高;原料配比n（KMnO4）:n（MnSO4）增大会使材料的晶相发生变化,配比为3:1时合成的CNOs/MnO2为层状δ-MnO2与无定型结构的混合状态;水热温度的升高会降低结晶度,当温度大于120℃时,纯δ-MnO2的晶体结构逐渐转变为掺有α-MnO2的多相晶体;CNOs投加量过低会使产物中复合物纯度降低,投加量过高会加剧晶体团聚。在最佳反应条件下制得的CNOs/MnO2在0.5A·g-1的电流密度下,最大比电容可达248.8 F·g-1;电流密度从0.5-10A·g-1变化时,比电容保持率仍然有61.6%;经过2000次充放电循环后,容量保持率可达98.4%。（3）与乙炔黑导电剂相比,CNOs作为活性炭电极的导电剂在水系电解液中效果更佳。AC/CNOs-Na2SO4初始比电容达到148.14F·g-1,10000次充放电循环电容保持率为105%,同时展现出良好的倍率性能,在5 A·g-1时比电容保持为低电流密度下的91.1%。通过组装AC/CNOs//Na2SO4//CNOs/MnO2非对称超级电容器,使其在水系电解液中的工作窗口扩大到2.0 V,同时具有49.4 F·g-1的初始比电容,当功率密度为188.3 W·kg-1时,能量密度高达20.92 Wh·kg-1,为水系超级电容器的比电容和能量密度的提高提供了一种思路。