我国是农业大国,拥有丰富的农业资源,农业生产中会产生大量农业废弃物,其中大部分没有得到有效利用。这不仅会造成大量的资源浪费,同时也不符合国家可持续发展战略。第八次全国生态环境保护大会明确提出要坚持人与自然和谐共生,解决生态环境问题,推进生态文明建设。实现高质量、高效益的农业废弃物利用是当今社会可持续发展的必经之路,更是生态环境的可持续发展、乡村振兴以及新时代全面建成小康社会的重要一环。近年来,生物炭因其独特的物理化学性质、复杂的微观结构、丰富的表面官能团、良好的稳定性等优势,在农业(改良/修复土壤、肥料载体、固氮等)、环境(吸附有机污染物/重金属、净化水体/空气等)和新能源(超级电容器、碱金属离子电池、碱金属-硫电池等)领域有着重要应用。将农业废弃物转化为高附加值生物炭材料是实现农业废弃物“变废为宝”的重要手段之一。开发低成本、工艺简单的生物炭制备方法并实现多领域的应用将有利于进一步推动其实用化进程。本论文通过对几种农业废弃物的合理利用,制备了具有高附加值的生物炭材料,将其应用于超级电容器中展现出优异的电化学性能。本论文的研究内容主要包括以下部分:1、研究了几种农业废弃物(菌渣和蚕沙)生物炭的制备工艺,发展了具有高比表面积(>2800 m~2/g)、氮掺杂的三维多孔生物炭的制备方法。构建了性能优异的生物炭基超级电容器,实现了农业废弃物在新能源领域中的应用。2、以平菇菌渣为原料,通过简单的炭化和KOH活化(炭产物与KOH的质量比为1:4,活化温度为800℃),制备了具有超高比表面积的生物炭(3439 m~2/g)。该工作深入分析了菌丝分解植物细胞壁的机理及其对生物炭比表面积的影响,提出了菌丝辅助化学活化制备多孔碳概念,为超高比表面积生物炭的大规模制备提供了新思路;并进一步将平菇菌渣生物炭作为正极、硅/碳复合物作为负极,成功地构筑了兼具高功率和高能量密度的锂离子混合电容器:当功率密度为0.7 k W/kg时,其能量密度高达263.9 Wh/kg。3、以蚕沙为原料、KOH为活化剂(炭产物与KOH质量比为1:4),得到的蚕沙生物炭具有高比表面积、不同孔隙分布和氮掺杂的多孔结构。研究了蚕沙生物炭的制备条件与其结构性质以及电化学性能的关系,当KOH活化温度为700℃时,获得的蚕沙生物炭比表面积最高(2826 m~2/g),并且展现出最优的电化学性能。在1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐电解液中,该生物炭构筑的对称电容器的输出电压为4 V(硫酸电解液中的输出电压仅为1 V),输出的功率密度为495.9 W/kg时,能量密度为138.4 Wh/kg。以蚕沙生物炭为正极、硅/碳复合物为负极,开发了高能量密度的超级电容器:当功率密度输出为138.4 W/kg时,其能量密度可输出242.2 Wh/kg。