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随着石油资源的枯竭和环境问题的日益严峻，发展绿色可持续的储能技术变得越来越重要。超级电容器具有功率密度高、充放电速度快以及循环寿命长等优点，因此受到了极大关注。但是，超级电容器较低的能量密度限制了其实际应用。能量密度(E=1/2CV2)是由比电容(C)和电位窗口(V)所决定。因此，本论文主要从两个方面来提高超级电容器的能量密度:其一，设计纳米结构的电极材料以提高比电容;其二，组装非对称电容器以提高电位窗口。过渡金属（氢）氧化物电极具有高比电容，但其较低的本征电导率和不可避免的团聚现象导致了相应电极的倍率性能和循环稳定性不尽如人意。而将过渡金属（氢）氧化物与具有高比表面积及高电导性的炭材料复合是解决上述问题的有效途径。基于此，本论文设计并制备了不同结构的金属（氢）氧化物/炭复合电极材料，兼具高比电容和高功率特性;并且进一步组装成非对称电容器，实现了能量密度的提升。 (1)采用自上而下的液相剥离法，在水中剥离得到带正电荷的正六边形Ni(OH)2二维纳米片，然后采用异质组装法将其与带负电荷的氧化石墨烯(GO)利用静电吸引力作用进行层层组装，最后热处理得到具有二维层状结构的NiO@RGO复合电极材料。考察了不同阴离子型镍盐对Ni(OH)2纳米片剥离效果的影响，探究了组分间配比对复合材料电化学性能的影响。其中，采用NO3-离子型镍盐制备得到的Ni(OH)2纳米片剥离效果最佳。当NiO质量分数为91.0％时，NiO@RGO实现了NiO与还原氧化石墨烯(RGO)二者纳米尺度的均匀分散，展现出最佳电化学性能，在0.5A g-1电流密度下比电容可达782F g-1，在2A g-1下循环3000次仍有94.1％的电容保持率。以NiO@RGO为正极、活性炭为负极组装得到的NiO@RGO//AC非对称电容器实现了高的电位窗口(1.5V)，并且在375W kg-1功率密度下能量密度可达32.5W h kg-1。 (2)采用液相剥离—异质组装法，将带正电荷的圆片状Co(OH)2二维纳米片与带负电荷的氧化石墨烯在静电吸引力作用下复合，并热处理得到具有二维层状结构的Co3O4@RGO复合电极材料。通过调控组分间配比，实现了复合材料的可控制备。均匀分布的Co3O4纳米片提供了丰富的赝电容活性位点;石墨烯为赝电容反应产生的电子提供了快速传导的通道;层状结构又为电解液离子的高效传输提供了合适的介孔孔道。该材料实现了赝电容组分Co3O4的超高含量91.7％，Co3O4的多重价态反应也使Co3O4@RGO展现出优于NiO@RGO电化学性能，在0.5A g-1电流密度下比电容可达1107F g-1，在5A g-1下循环10000次仍有92.4％的电容保持率。组装的Co3O4@RGO//AC非对称电容器表现出比NiO@RGO//AC更高的能量密度，在375W kg-1功率密度下能量密度高达42.75W h kg-1。 (3)采用液相剥离—异质组装法，将带正电荷的无规则形状的钴镍层状双金属氢氧化物(Co-Ni LDH)二维纳米片与带负电荷的氧化石墨烯在静电吸引力作用下复合，并热处理得到具有二维层状结构的NiCo2O4@RGO复合材料。此结构实现了赝电容组分NiCo2O4的超高含量94.4％以及两种组分在纳米尺度的高度分散与有序结合。该材料表现出优于NiO@RGO与Co3O4@RGO的赝电容活性和电化学性能，在0.5A g-1电流密度下比电容高达1388F g-1，在5A g-1下循环20000次仍有90.2％的电容保持率，具有超长循环寿命。NiCo2O4@RGO//AC非对称电容器也实现了更优异的能量特性，在375W kg-1功率密度下能量密度高达57W h kg-1。 (4)采用酸处理及水热法将二维Ni(OH)2纳米片阵列负载于一维的中空柳絮碳微管的内外表面，得到了多维多尺度的Ni(OH)2@ACMT复合材料。分析了Ni(OH)2纳米片形成过程中晶体结构的演变，考察了酸处理、Ni(OH)2负载量等对材料微观形貌、晶型结构及电化学性能的影响。Ni2+吸附于碳微管表面并以α相成核生长，然后随反应时间逐渐转变为化学稳定性和热稳定性更好的β-Ni(OH)2。Ni(OH)2负载量为60.4％时，实现了Ni(OH)2纳米片的高度分散及柳絮碳微管基体的高效利用，表现出最优电化学性能，在0.5A g-1电流密度下比电容高达1568F g-1，在5A g-1下循环3000次仍有84.3％的电容保持率。以Ni(OH)2@ACMT为正极、柳絮基多孔碳微管PCMT为负极组装得到的Ni(OH)2@ACMT//PCMT非对称电容器在功率密度为750W kg-1时能量密度可达37.8W h kg-1，展现了其在储能器件上的潜在应用价值。