超级电容器作为一种新型储能装置,具有充放电时间短、功率密度高、使用寿命长等优点,在电子设备,电动汽车和航空工业以及国防军事等领域具有广阔应用前景。然而,超级电容器的低能量密度阻碍了它在实际应用中的发展。根据能量密度公式（E=1/2CV²）可知,提升能量密度的关键在于增大比电容和拓宽电压窗口,本文的重点也在于这两点。本文意在制备具有高功率密度和能量密度的碳基对称超级电容器和金属氧化物基非对称超级电容器。通过电极材料的结构设计,形貌调控以及杂原子掺杂等方式优化电极材料的电化学性能,提升材料的比电容。此外,选取合适的电解质和构建非对称超级电容器来拓宽器件的电压窗口。具体内容如下:1.以表面活性剂F127和环糊精为原料通过水热法和活化过程（KOH活化）制成三种碳纳米球。碳纳米球本身是三维结构,在电化学反应过程中,有优异的稳定性。其次,KOH的活化使得碳纳米球具有较大的比表面积和发达的孔隙度,有利于电解质与电极材料充分接触和电解质快速地扩散到电极材料中。氧掺杂不仅增加了赝电容行为,还抑制了析氢或者析氧反应的发生,扩大了基于碳材料的对称型水系超级电容器的电压窗口。由于上述原因,三电极中,以PCNS（Soft-template）在6 M KOH中表现出优异的电化学性能,在1 A g^-1下获得了405 F g^-1的高比电容以及在200 A g^-1的超大电流密度下呈现出优秀的倍率性能,而以PCNS（Soft-template）电极制成的对称超级电容器,电压窗口可达1.2 V,最高功率密度可达301500 W kg^-1,而在1 M Li₂SO₄中,电压窗口拓宽到1.6 V,展示出的24.27 Wh kg^-1高能量密度。2.通过水热法用钴掺杂NiMoO₄纳米片对PCNS进行修饰,获得了中空结构。当纳米片中21%的Ni被Co取代时,得到的PCNS@Co_0.21Ni_0.79MoO₄在1 A g^-1下表现出954 F g^-1的超高比电容,并展现出优异的倍率性能和出色的循环稳定性（5000次循环后电容保持率为101%）,是未掺杂的两倍。以PCNS@Co_0.21Ni_0.79MoO₄为正极、以商业活性炭（AC）为负极组装的非对称超级电容器（ASC）器件具有优异的能量密度和出色的循环稳定性。多孔碳纳米球作为基底,水热生长了钴掺杂的钼酸镍空心纳米球。碳纳米球不仅可以提升钼酸镍的导电性,还可以与钼酸镍构成核壳结构,提供高比表面积和更多的电活性位点,允许电极与电解质更充分地接触,充分利用各组分的协同作用提升电化学性能;而钼酸镍空心纳米球具有更大的内外比表面积,可以与电解质充分地接触,缓冲电化学过程中的体积变化,提升循环稳定性;四探针测试和DFT计算表明钴掺杂提升了钼酸镍的内在导电性,使其具有出色的倍率性能和循环稳定性。