超级电容器具有较长的使用寿命,高的功率密度和快速的充放电能力,有希望成为最为理想的能量储存器件,但是,超级电容器能量密度比较低,这限制了它的实际应用,提升超级电容器电极材料的比容量是解决这个问题的方法之一。通过提升电极材料的比表面积和导电性能够有效的提升其容量。碳基材料具有较高的比表面积、良好的导电性、资源丰富、环境污染小、制备简单、方便工业生产的特点,这些特点使其具有广泛的工业应用。在目前常用的电极材料中,石墨烯由于其独特的柔性和机械稳定性吸引了人们的关注。但是由于相邻的石墨烯片层间有很强的范德华力,这会导致石墨烯片层之间因为相互吸引而聚集,最终影响石墨烯的比表面积,也会使离子传输速率下降,材料的电阻增大。负载于电极材料上的过渡金属氧化物/氢氧化物,通常用于提升超级电容器赝电容效应。在常用的过渡金属和金属氧化物中,MnO₂由于其环保,可逆,便宜和较高的理论容量的优点备受研究人员的关注。在本文中,主要研究内容是以碳基材料为基板,同时进行金属氧化物和金属颗粒的负载,从而提升材料的电化学性能。通过一种简单的真空抽滤的方法,将碳球、碳纳米管和空心碳球作为插层,分隔开石墨烯片层,能够提供更多的电解质溶液进出的孔道。同时,在快速的充放电中,被分隔开的石墨烯片层有利于进行快速的离子交换。为了增加材料的导电性,在碳材料的表面引入银粒子,并探索了银对性能的影响。本文的主要研究内容如下:1.利用真空抽滤的方法,将形貌均一的碳球作为插层,制备出石墨烯/碳球复合材料,并进一步负载MnO₂,形成三明治状的石墨烯/碳球/MnO₂并应用到超级电容器研究中。独特的三明治状多孔结构,能够提供大量的离子进出的通道。在负载高性能的MnO₂后,石墨烯/碳球/MnO₂的质量比容量最高达到319.3 F g^-1,体积比容量达到277.8 F cm^-3,与石墨烯/碳球相比,有了明显的提升。更重要的是,此电极材料的质量能量密度和体积能量密度分别可以达到29.4 Wh kg^-1和25.6 Wh L^-1。经过5000次的恒流充放电测试后,石墨烯/碳球/MnO₂材料依旧具有较高的容量表明其良好的稳定性。结果说明采用真空抽滤方法制备的柔性石墨烯/碳球/MnO₂电极能够为电极材料的改性提供一些新的思路。2.利用真空抽滤的方法,合成石墨烯/碳纳米管/MnO₂复合材料,应用于不对称的超级电容器中。在这个复合结构中,利用空心碳纳米管来间隔开石墨烯片层,增加比表面积,通过负载MnO₂来提升材料的比容量。测试结果表明,经过负载后,电极材料的容量提升了44%。我们对石墨烯/碳纳米管/MnO₂进行一系列的表征,并将测试后的石墨烯/碳纳米管/MnO₂作为正极电极,与活性炭组装成一个超级电容器的器件,能够点亮一个红色的LED灯泡。3.以SiO₂作为模板,制备出空心碳球,然后利用真空抽滤的方法,合成石墨烯/空心碳球,之后负载MnO₂,应用到电极材料中。对石墨烯/空心碳球/MnO₂进行测试和表征后发现,经过空心碳球支撑起的石墨烯材料能够明显提升电化学性能。在三电极测试中,石墨烯/空心碳球/MnO₂容量最大为416 F g^-1。与石墨烯/碳球/MnO₂和石墨烯/碳纳米管/MnO₂相比,性能有明显的提升。4.以Ag线为前驱体,在包裹碳层后,利用柯肯达尔效应,一步法制备出Ag/碳微管/MnO₂空心微管。经过对Ag/碳微管/MnO₂复合结构进行结构,成分和电化学性能表征,表明复合结构具有良好的电化学性能。通过对比,发现Ag颗粒能够明显提升材料导电性。以Ag/碳微管/MnO₂作为电极正极,组装成不对称超级电容器,在经过电化学测试后,Ag/碳微管/MnO₂材料的能量密度为16.6 W h kg^-1功率密度为1920 W kg^-1。这说明了该电极材料在超级电容器性能提升方便具有一定的实际应用价值。