随着石油等化石燃料的不断枯竭，全球经济的快速发展和能源结构的改变，伴随着严峻的环境污染问题，因而研发一种清洁、高效、可持续的能源存储与转换技术迫在眉睫。近年来，金属离子电池、超级电容器等能源存储器件因其相对较高的能量密度、功率密度和长循环寿命受到了研究者的广泛关注。作为储能系统的功率补偿器件，超级电容器具有优异的功率密度、可比较的能量密度和极长的使用寿命在电子器件、车载动力系统等有广泛的应用。然而其相对低的能量密度限制了超级电容器的进一步发展。

超级电容器主要分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。基于表面离子的吸脱附储能的双电层超级电容器具有高功率密度、近无限的循环寿命，主要以活性炭、石墨烯等碳基材料为电极。基于表面快速氧化还原反应的赝电容超级电容器具有相对较高的能量密度和功率密度以及优异的循环寿命，作为赝电容超级电容器的电极材料，过渡金属氧化物，硫化物等在一定电势下与电解质离子快速反应存储电荷。相对于过渡金属氧化物，过渡金属硫化物具有相对较高的能量密度和较好的电子导电性，有利于提高超级电容器的能量密度和倍率性能。另一方面，电解液的分解电压和电极活性材料反应电位限制了超级电容器电化学反应窗口的提高，根据能量密度计算公式：C=1/2C*V²，其中C为电容器电容量，V为电化学窗口，为提升超级电容器能量密度，需要进一步提升其电化学反应窗口。

此外，在超级电容器电极材料的微纳形貌结构设计构筑上，一维纳米线材料具有相对较高的比表面积，而对基于表面快速的氧化还原反应的超级电容器而言，一维纳米线材料可有利于研究模型的简化，材料复合工艺的多样化和简易化。其构筑的三维多孔电极传导网络加速的电子传导和电解液在电极材料中的浸润。由此，为设计匹配出合理的超级电容器负极材料从而最大限度提升超级电容器的能量密度，本课题拟以热解碳材料为超级电容器的负极材料，通过ZnO模板法实现热解碳多孔结构的设计构筑。结合一维纳米线三维网络结构构筑思想，将ZnO纳米线引入高分子聚合物中，在高温活化过程中，构筑三维碳基导电网络。

综上，本课题的研究意义在于：（1）根据超级电容器的储能特性，从材料角度设计构筑ZnO纳米线和三维多孔碳结构，从而提升超级电容器的能量密度；（2）根据C=1/2C*V2，研究设计出提高超级电容器电化学窗口的方法。

2. 研究的基本内容与方案

1) 研究（设计）的基本内容