随着时代进步,人们对新型可移动储能设备的需求越来越高。锂离子电池（lithium-ion batteries,LIBs）、超级电容器（supercapacitors,SCs）等高效储能设备的需求引发了人们对设计高性能先进电极材料的兴趣。活性碳（active carbon,AC）因具有较高的比表面积、良好的导电性以及化学稳定性,成为近40年来储能电极材料的研究热点。但作为储能材料而言,其孔隙结构较为单一,大量的微孔（<2 nm）结构虽然能大大增加其比表面积,但是由于微孔材料的孔径与电解质离子不相容,便会显著降低活性碳的可用的表面积。因此制备孔隙更为发达的高比表面积多级孔碳材料（hierarchical pore carbon,HPC）则成为改善碳电极材料性能的重要途径。生物质材料因其独特的三维立体结构,且兼具可再生的、绿色环保等特点,可作为开发HPC材料的良好碳源。本论文利用浒苔藻类为生物质碳源,从浒苔自身特有的管状多孔结构出发,引入气凝胶制备工艺,优化活化流程,制备出富含多级孔结构的高比表面积碳气凝胶材料（hierarchical porous carbonaceous aerogel,HPCA）。并以该多级孔碳材料为基底,制备了Co₃O₄@HPCA复合材料以及PANI@HPCA复合材料。主要研究内容如下:1.浒苔多孔碳的可控合成及其储能性能。利用冷冻干燥法制备浒苔气凝胶材料,将浒苔气凝胶经过高温碳化、KOH活化制备具有微孔（micropore）、介孔（mesopore）、大孔（macropore）的多级孔结构的碳气凝胶材料,其比表面积可达1900²200 m2g^-1。在此结构中,大量介孔的存在,使材料的离子导电率得以改善,使其有效比表面积增大,明显提高其锂离子电池的性能与超级电容器的性能。作为锂离子电池负极材料,在0.1 Ag^-1的电流密度下,可以达到827.1 mAhg^-1的比容量。作为超级电容器电极材料,在1 Ag^-1的电流密度下,可以达到260.6Fg^-1的比容量,且具备良好的循环稳定性(在10 Ag^-1的电流密度下循环充放电10000次,容量保持率为91.7%)。其优异的储能性能得益于浒苔多孔碳发达的孔隙结构。2.浒苔多孔碳与Co₃O₄复合材料的合成及其储能性能。将浒苔多孔碳材料作为基底,以水热方式,将Co₃O₄纳米线与浒苔多孔碳原位复合,制备Co₃O₄@HPCA复合材料。浒苔多孔碳的引入不仅可以改善Co₃O₄纳米线导电性差的问题,而且对提高Co₃O₄电极材料的功率密度以及稳定性都有所帮助,使得材料的赝电容性能得以充分展现。Co₃O₄@HPCA复合材料在1 Ag^-1的电流密度下,可以达到1167.6Fg^-1的比容量,在50 Ag^-1的大电流密度下,仍可保持500.0Fg^-1的比容量。另外,在10 Ag^-1的电流密度下经过万次充放电,容量保持率为92.4%。复合材料的性能远高于Co₃O₄纳米线本身。3.浒苔多孔碳与PANI复合材料的合成及其储能性能。将聚苯胺（polyaniline,PANI）原位生长在浒苔多孔碳材料表面,制备PANI@HPCA复合材料。浒苔多孔碳可作为骨架支撑,降低PANI在充放电过程中因溶胀、收缩导致的力学性能变差的问题,使得其循环寿命增加。另外多孔碳的引入也可弥补导电聚合物本身功率密度较低的问题。PANI@HPCA复合材料在1 Ag^-1的电流密度下,可以达到427.8 Fg^-1的比容量,在10 Ag^-1下循环10000,容量保持率为83.2%。较单纯PANI材料性能有所提升。