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随着便携式和可穿戴电子设备的迅速发展,人们对柔性甚至可折叠的高性能储能系统的需求不断增加。柔性超级电容因其具有良好的机械性能、高的充放电效率和高的能量密度等优点,成为柔性电子设备储能装置的理想选择。生物质具有丰富的碳原子和提供赝电容的氮氧等杂原子官能团,并且其独特的结构可以作为制备多孔碳材料的模板。因此,绿色环保的生物质可以作为碳材料的新碳源。通常,碳材料的电荷通过电极与电解质界面上发生静电相互作用而积累,所以,电荷积聚能力将随着比表面积的增大而增大。但比电容并不总是随比表面积线性增加,这是因为微孔可以提供高的比表面积,同时也容易阻碍电解质离子的传输,而介孔或大孔结构可以为电解质离子提供快速的传输通道。因此,碳材料还需要介孔或大孔结构来提高比电容。本论文以生物质作为研究材料,选取不同的碳前驱体,通过高温碳化或活化的制备方法,制备出一系列具有高比表面积、高孔隙率和丰富的杂原子的微介孔结构电极材料。同时采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、Raman、氮吸附脱附和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构与组成成分进行表征,以及运用电化学工作站分别地研究电极在不同电解质中的电化学性能。论文分为以下三个体系:1.以绿色环保的生物质冬瓜作为碳源,在氮气惰性气氛下利用KOH化学活化的方法制备具有微介孔结构的冬瓜基多孔碳材料(WGPCs)。制备的样品WGPC-4具有2919 m2 g-1的高比表面积,17.9%的高氧含量和1.0%的氮含量。在三电极系统中,WGPC-4电极在电流密度为1 Ag-1时具有333 F g-1的高比电容。同时,使用0.5MNa2SO4水性电解质组装的对称超级电容器可以实现167 F g-1的高比电容(在电流密度为1 A g-1时),稳定的循环特性(5000次循环后电容保留率93%)和19.2 Wh kg-1的高能量密度。这些具有优异结构特性的碳材料是高性能超级电容器的理想选择。2.采用柔性基底负载材料的方法制备电极,其中电化学性能优异的冬瓜基多孔碳材料(WGPC-4)作为为活性材料,泡沫镍为基底。以KOH/聚乙烯醇(PVA)为电解质的器件在电流密度为1 A g-1时具有258 F g-1的高比电容,并且在20 A g-1的电流密度下也可以表现出良好倍率性能(保留81.9%的初始电容)。当功率密度为297.5 Wkg-1时,器件可以提供13.0 Whkg-1的能量密度。此外,器件在弯曲条件下仍能保持稳定的电容性能和良好的循环稳定性。这项研究对柔性超级电容器的电极设计具有一定的参考价值。3.以羊毛纺织品为碳源,通过简单的高温碳化方法制备具有微介孔结构的多孔碳纤维材料(WTs)。制备的样品WT-800-1具有良好的柔性、丰富的氮氧官能团和501 m2 g-1的比表面积,以及在水溶液中润湿性较好。在6 M KOH水溶液电解质中,WT-800-1电极的面积比电容高达1012 mF cm-2。组装的器件在PVA/KOH电解质中具有176 mF cm-2的面积比电容和35.3 μWh cm-2的能量密度。而器件在PVA/H2SO4电解质中最大面积比电容为383 mF cm-2,其面积比电容值优于一些先前报道的柔性超级电容器。并且在功率密度为0.60 mW cm-2时还具有76.6 μWh cm-2的高能量密度。此外,串联组成的装置在不同的状态下都可以点亮LED。多孔碳纤维材料WT-800-1的制备方法简单、电化学性能高以及具有良好的柔性,因此在柔性储能装置方面具有良好的应用潜力。