清洁能源（风能、潮汐能、太阳能等）在替代化石能源时存在着时间、空间分布不均的问题,所以能源储存和转换在新能源推广中起着至关重要的作用。虽然锂离子电池因其质量低、能量密度高等优势被广泛商业应用,但锂资源的匮乏和分布不均导致了可持续性和成本问题,限制了锂离子电池的进一步发展。因此,开发价格低廉且性能优越的储能器件来替代锂离子电池是很有必要的。由于钾与锂同在第一主族,它们具有相似的化学性质,而且钾在地壳中的储量高、价格低廉,所以钾离子电池被认为是在大型储能领域中替代锂离子电池的理想选择。而负极材料的设计与制备成为提高钾离子电池性能的重要研究方向,非石墨炭材料因其层间距较大、孔洞及缺陷多的优点被认为是推动钾离子电池发展的关键材料,但是还存在着一些关键问题限制了其发展如体积膨胀、钾离子扩散动力学低、能量密度低和循环稳定性差等。因此,本文围绕非石墨炭的结构设计和性能优化展开了一系列工作,具体内容如下:以生化黄腐酸为硬炭前驱体,通过催化石墨化法制备了黄腐酸基硬炭材料。通过对比不同条件（温度、催化剂含量）下各样品的特征,探究了煅烧温度和催化剂添加量对材料形貌及储钾性能的影响。实验证明当温度达到可使材料发生石墨化转变的1000 oC后,进一步提高温度的影响并不明显,而随着催化剂含量的增加,样品会呈现更优异的比容量和容量保持率。所得硬炭材料的储钾容量最高可达402.3 m Ah g-1。即使在1 A g-1的高电流密度下循环500周后,可达94.6 m Ah g-1的比容量以及67.5%的容量保持率,展现了良好的倍率和循环性能。为进一步提升材料的电化学性能,采用软硬炭复合措施并结合熔盐模板法制备黄腐酸-沥青基材料。所得材料具有比表面积大、层间距大、纳米孔道和缺陷丰富等特点,这不仅在一定程度上缓解了体积膨胀,还增大了钾离子的传输动力学特性,增加了储钾活性位点,显著提升了材料的储钾性能。该方法获得的材料展现出400.4 m Ah g-1的比容量。甚至在1 A g-1的电流密度下循环1000周,容量仍保持在128.4 m Ah g-1,容量保持率可达到78%,极大地改善了其循环稳定性。这为新型钾离子电池负极材料的开发提供了实验数据和理论分析。