在各种化学储能器件中,锂离子电池和电化学电容器因各自的优势已得到了广泛的关注和发展。电极材料是决定它们性能的关键因素,其中碳材料因具有价格低廉、化学稳定性高、无毒环保等特点而被广泛应用于上述两种储能器件中,而生物质碳材料因具有来源丰富、环境友好、经济价值高等优点而引起人们的广泛关注。在本论文中,我们以生物质明胶为碳源,分别制备了高性能活性炭和氮掺杂类石墨烯纳米片,旨在改善商品化活性炭和石墨比容量低的问题。主要研究内容和结果如下:1.将商品化明胶制备成三维多孔的蜂窝状结构,并以此为前驱体经碳化、KOH活化后制备了高性能超级电容器用碳材料。其中,600℃碳化、700℃活化的样品Gel-700表现出最佳的综合性能。在1A·g-1及100 A·-1的放电电流密度下,其比电容分别为358F·g-1和227F·g-1,同时,该活性炭样品也表现出优异的循环稳定性,在10A·g-1下经7500圈循环测试后,仍保留有93.0%的初始容量。当组装成对称型超级电容器时,在250、2500及25000 W·kg-1的功率密度下,其能量密度分别为10.3、9.7及8.2 Wh·kg-1,在10 A·g-1下经10000循后,容量保持率高达97.6%。这些研究结果表明由蜂窝状多孔明胶所制备的活性炭在高性能超级电容器中具有巨大的应用潜力。2.以生物质明胶为碳源,三聚氰胺为氮源及模板原料,通过一步高温固相反应生成了氮掺杂的类石墨烯纳米片(NGN),用作锂离子电池负极材料时性能优异。800℃下热处理的样品NGN-800,在100mA·g-1的放电电流密度下,首周充电比容量高达1181 mAh·g-1,经140周循环稳定性测试后,其比容量升至1360 mAh·g-1,表现出优异的循环稳定性。而且,NGN-800在1A·g-1和5A·g-1的大电流密度下仍能维持518 mAh·g-1和200 mAh·g-1的比容量,同时也表现出较好的倍率性能。该方法简单经济、环境友好。