在能源与环境问题日益突出的时代背景下,开发可再生能源,成为实现“碳中和”目标的重要一环。稻壳是一种产量巨大的农业废弃物,目前一般通过焚烧处理,这样的处理方式既损害了周边地区的空气质量,又造成了自然资源的浪费。近年来,以稻壳为原料制备的木质纤维素基多孔炭因成本低廉,孔道丰富的优势吸引了众多研究者的关注,被广泛用于储能器件的电极材料,特别是超级电容器。然而,稻壳炭在活化过程中会引入大量的含氧基团造成严重的泄漏电流和自放电,降低超级电容器的储能效率。另外,木质纤维素基多孔炭在实验室研究中虽然表现出较为理想的储能特性,但是电极质量负载量远低于商业化水平,测得的性能不能代表其实际应用价值。本论文通过对木质纤维素基多孔炭进行化学改性,有效抑制了其泄漏电流高、自放电严重等问题,这对生物质基多孔炭电极的储能效率有重要的提升作用。针对实验室级电极质量负载到商业级电极质量负载过渡所导致的性能衰减问题,本文制备出了高质量负载下电化学性能优异的木质纤维素基多孔炭电极材料,探究了活化时不同处理气氛对木质纤维素基多孔炭储能特性的影响,这为生物质基多孔炭在超级电容器中的实际应用提供了有益的探索。本论文主要的研究结果如下:1.以稻壳为碳源,煤沥青为化学改性剂,制备了表面性质和微观结构可调的高性能铠甲型木质纤维素基电容炭（NP-RHPC）。稳定的生物炭骨架和沥青炭铠甲的协同作用保证了NP-RHPC具有低漏电流和自放电、长循环稳定性和良好的倍率性能。NP-RHPC恒压充电2 h后归一化漏电流仅为40.9μA F-1,开路电压衰减率为28.27 m V h-1,优于改性前N-RHPC(52.2μA F-1,37.33 m V h-1)和商用电容碳YP-50F(42.5μA F-1,30.44 m V h-1)。另外,制备的NP-RHPC具有209.2F g-1的理想比电容,在1.0 A g-1的高电流密度下,20000次循环后的电容保持率达95.0%,高于N-RHPC。NP-RHPC的这种优异的长期循环性能可归因于其良好的导电性,尤其是不稳定的含氧基团的还原。该研究为生物质和煤焦油沥青在储能中的高附加值耦合利用提供了新的途径。2.系统的研究了反应气氛对木质纤维素基多孔炭（N-RHPC）的产率以及储能特性的影响。研究发现,以木质纤维素为主要成分的稻壳在空气中的炭化、脱硅产率与在惰性气氛中差别不大,但化学活化时,在惰性气氛中具有更高的N-RHPC产率。N-RHPC-Ar具有最高的总产率为23.2%,N-RHPC-Air*的总产率仅为9.5%。另外,在惰性气氛下进行化学活化,N-RHPC可以获得更高的电容值。在6 M KOH两电极体系中,实验室级质量负载的N-RHPC-Ar电极在0.5 A g-1下的电容值为347.3 F g-1,高于N-RHPC-N2,而N-RHPC-Air仅为274.1 F g-1。提高电极的质量负载使得N-RHPC电极具有更低的自放电率和更高的泄漏电流,电容值也难以发挥出原有的水平。电极材料的质量负载为11.4 mg cm-2时,N-RHPC-Ar对应的质量比电容为274.1 F g-1,对应的面电容为3.2 F cm-2,这在众多用于超级电容器的生物质基多孔炭材料中具有显著优势。在考察的三种反应气氛中,N-RHPC具有相似的较高的电压保持率,在氩气气氛中化学活化制备的N-RHPC具有较低的泄漏电流。本研究为生物质基多孔炭在超级电容器中的高效利用提供了新的思路。