碳材料具有不同的微米和纳米结构以及本体和表面的官能基团，因此成为最普遍采用的超级电容器电极材料。典型的例子是活性炭和石墨烯。最近的研究趋势是通过新方法，以传统和新碳源，例如生物质、聚合物、氧化石墨、碳氢以及二氧化碳气体，来制备成本低、电容性能高的活性炭和石墨烯。特别是，大多数新碳源衍生碳非常适用于水系电解液。电荷存储不仅发生在“碳|电解液”界面上(形成双电层)，也依靠本体和表面的官能化带来的氧化还原活性，包括有限离域价电子转移反应。此外，进一步理解电荷存储机制有助于设计出比传统对称电容器具有更高电压和比能量的非等电极电容水系超级电容器。本文综述了新碳源衍生碳材料和器件的最新进展，为超级电容器技术的持续发展助力。

功率密度高、倍率性能优异和循环性能好等特性使得超级电容器在储能领域显示了巨大的应用前景。尽管二维层状材料剥离形成的纳米片层不仅可为电化学反应提供独特的纳米级反应空间，而且由其组装的层状纳米电极材料具有化学和结构上的氧化还原可逆性及纳米片层水平方向上离子或电子快速传输通道。但是，纳米片层组装电极材料在纳米片层垂直方向上离子或电子传输存在障碍，对于超级电容器功率密度和能量密度的提高及实现快速能量储存非常不利。因此，如何通过改善离子或电子的快速传输，实现超级电容器大功率密度下的高能量密度是超级电容器电极材料发展的方向之一。本文主要综述了二维层状材料剥离成纳米片层，纳米片层孔洞化策略及组装孔洞化材料在超级电容器电极材料中的应用。纳米层孔洞化技术是改善层状电极材料在纳米片层垂直方向离子或电子传输的有效手段，为实现高比电容下的高倍率性能超级电容器电极材料制备提供了方法学。最后，对开发大功率密度下的高能量密度超级电容器电极材料提出了展望。

植物基多孔炭具有发达的孔结构、大的表面积、较为成熟的制备工艺、丰富的来源、低廉的价格，是目前商业应用范围最广的超级电容器电极材料。然而在实际应用中仍然存在着质量/体积比容量较低、倍率性能差等问题。本文针对先进电容器件的高能量密度、优异功率性能的要求，首先介绍了近年来发展的植物基多孔炭的制备方法，讨论了植物前驱体的组成和结构对其产物结构的影响以及与其电化学性能之间的构效关系，特别总结了近年来植物基超大比表面积多孔炭、中孔炭、层次化多孔炭的制备方法和电容储能性能。针对大比表面积多孔炭用于超级电容器时的体积性能不佳这一关键问题，本文还总结了提高植物基多孔炭体积电化学性能的方法。最后，对植物基多孔电极材料存在的问题进行了分析与总结，并展望了其研究前景。

对高性能超级电容器不断增长的需求促进了无粘合剂电极材料的快速发展。静电纺纳米纤维由于具有良好的柔性、大比表面积、高孔隙率、容易制备等优点引起了研究者们的强烈关注。本文综述了静电纺纳米纤维基无粘合剂电极材料在超级电容器领域的研究进展，阐述了不同材料的设计制备过程和提升电化学性能的诸多方法，并指明了静电纺纳米纤维基超级电容器无粘合剂电极材料的发展机遇与挑战，为性能优异的无粘合剂超级电容器电极材料的进一步开发与应用拓宽了思路。

设计高性能的可压缩电极是实现可压缩电容器器件的关键，碳海绵(CS)具有理想的压缩形变，但却受制于有限的容量。本工作以CS为可压缩基底，通过恒电流沉积及低温热处理技术，在CS骨架上均匀沉积了α-Fe₂O₃纳米片。复合电极中Fe₂O₃的负载量随沉积时间的延长逐渐增加，且在沉积16 h后达到饱和。系统地考察了CS-Fe₂O₃复合电极在不同压力下的可压缩性能，并在三电极体系中，通过循环伏安、恒电流充放电等方法研究了CS-Fe₂O₃复合电极在3.0 mol·L⁻¹ KOH电解液中的电容性能。结果表明，当复合电极CS-Fe₂O₃压缩率减小时，电极的内阻增大，比电容相应减小。CS-Fe₂O₃-12电极在电流密度为1 A·g⁻¹时的最大比电容为294 F·g⁻¹，且经过10000次恒电流充放电后，电容量仍然能保持初始值的81%，是一种潜在的电化学性能稳定的可压缩超级电容器电极材料。

可充电水系锌离子电池因成本低、环境友好等优点，已经成为目前电化学储能领域的研究热点之一。然而锌离子电池中高容量、长循环寿命的阴极材料的开发仍然是一大难题。为了解决这一问题，本文中通过直接利用锌片做阳极和集流体，采用高比表面积的三维多孔活性炭(3DAC)做阴极构筑了一种锌离子混合电容器(ZIHC)。该ZIHC器件表现出了优异的电化学性能，具有目前文献报道的ZIHC最高的213 mAh·g⁻¹比容量，展示出164 Wh·kg⁻¹的高能量密度和9.3 kW·kg⁻¹的高功率密度以及优异的循环稳定性(10 A·g⁻¹下循环20000圈之后，容量保持率为90%，库伦效率接近100%)。我们认为这种采用高比表、三维多孔活性炭(3DAC)做阴极构筑的安全、高性能以及长寿命的水系锌离子混合电容器将为下一代高性能储能器件的开发提供新的研究思路。

采用氧化镁模板耦合原位氢氧化钾活化法制备了超级电容器用煤焦油基相互连接的类石墨烯纳米片(IGNSs)。所制备的IGNS具有高达2887 m²∙g⁻¹的比表面积和大量的分级短孔。当作为超级电容器的电极材料时，在6 mol∙L⁻¹ KOH电解液中，于0.05 A∙g⁻¹的电流密度下，IGNS显示出313 F∙g⁻¹的高比容；在20 A∙g⁻¹的电流密度下，IGNS的比电容为261 F∙g⁻¹，显示了好的倍率性能；经过10000次循环测试后，其容量保持率为92.7%，展现了优异的循环稳定性。这一工作为从芳烃分子大规模生产高性能储能用类石墨烯纳米片提供了一种简单的方法。

混合电容器由于兼具电池高能量密度和超级电容器高功率密度的优势，成为当前储能领域的研究热点。然而，电池电极和电容电极之间容量和功率的不平衡严重限制了混合电容器的实际性能。因此，如何实现二者的有效匹配，优化器件性能是混合电容器实用化的关键。阵列电极的使用打破传统粉末电极中不导电粘结剂对电化学动力学的限制，其独特的结构为正负极的匹配提供了新策略。此专论结合新型储能器件的研究现状以及本课题组在混合电容器方面的探索，简单探讨了混合电容器的储能机理和阵列结构作为电极材料的优势，着重介绍了本课题组近年来在混合电容器领域的研究工作，针对存在的科学问题提出了相应的解决方案，阐明了阵列电极混合电容器在柔性/可穿戴电子器件等领域的应用前景，并展望了混合电容器在未来的发展方向和挑战。

现如今世界正面临着与能源相关的一系列问题与挑战，科学家们致力于研究绿色高性能的能量存储器件以适应当前乃至以后长久可持续创新发展的需要。超级电容器作为一种新型的绿色能源储存装置，具有功率密度大、理论比电容高、充放电速度快、循环寿命长、安全性高、环境友好且经济等优点，为人类解决能源危机提出了可能。电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。近些年，由于二氧化锰基超级电容器具有理论比电容高、化学稳定性好、环境友好等特点被广泛研究。同时多种二维材料也继石墨烯后被相继用作超级电容器电极材料，具有二维结构特征材料在提高双电层电容器的能量密度、改善赝电容电容器方面发挥着重要作用。实现高比电容和高倍率性能，将二氧化锰与二维材料复合将不失为一个有前景的选择。本文系统介绍了以石墨烯为代表的各类二维材料与二氧化锰复合物在超级电容器中的应用研究，并聚焦于这些二维材料与二氧化锰复合后所展现的优异电化学性能。

炭-/石墨烯量子点作为新兴的炭纳米材料，因具有独特的小尺寸效应和丰富的边缘活性位点而在高性能超级电容器电极材料的研发方面展现出巨大潜力。针对目前炭-/石墨烯量子点在超级电容器电极材料方面的应用优势和存在的关键问题，本文以炭-/石墨烯量子点、量子点/导电炭复合材料、量子点/金属氧化物复合材料、量子点/导电聚合物复合材料以及量子点衍生炭这些电极材料为脉络，梳理了近年来该领域的发展状况，尝试阐释炭-/石墨烯量子点在电极材料、复合材料和衍生炭电极材料中所起到的关键作用，最后对炭-/石墨烯量子点电极材料的发展进行了展望。本综述以期为炭-/石墨烯量子点基电极材料的研究提供一定参考和依据。