超级电容器作为一种新型的能量储存设备,因其具有较高的功率与能量密度、快速充放电速率以及长的循环使用寿命等优点,被认为是未来具有发展潜力的储能设备之一。影响超级电容器应用性能的关键因素之一是电极材料。目前,常见的超级电容器电极材料包括碳材料、金属化合物及导电聚合物等。其中,碳材料由于其高导电性,低成本和良好的化学稳定性而成为较早和常用的电极材料。考虑到化石能源不可再生的缺点,可再生生物质已成为生产碳材料的重要来源。我们使用海藻类生物质——石莼作为原料,使其先吸附金属离子,再经过热解处理,获得碳化产物。将碳化产物经过酸处理去除金属后,获得一系列具有一定石墨化程度的多孔碳材料,将所得多孔碳材料用作超级电容器电极材料时表现出良好的电化学性能;针对金属化合物电极材料导电性差及循环稳定性差等缺点,我们将以石莼为原料制备的碳化产物直接进行硫化处理,获得一系列生物质基碳材料/硫化镍复合材料,并研究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。主要的创新性成果如下:⑴以海藻类生物质石莼为原料,以镍盐为催化剂,制备出一系列多孔碳材料。实验结果标明镍盐的种类及溶液浓度对多孔碳材料的孔道结构及石墨化程度有着重要影响。所获得的多孔碳材料作为超级电容器电极材料时,在充放电电流密度为1 A g-1时,多孔碳材料的比容量可以达到167 F g-1,在充放电电流密度为10 A g-1的时,比容量仍可达到106 F g-1。在5 A g-1的充放电电流密度下,经过10000次循环后其容量保持率可达78%。研究发现多孔碳材料的孔道结构及石墨化程度对它们的电化学性能有重要影响,碳材料中的微孔结构可以增加碳材料的比表面积及电化学活性位点,进而提高比容量,介孔结构则有利于离子的快速扩散,而较高的石墨化程度则有利于电子在材料中的快速转移。在充放电过程中,丰富的微孔结构可以使碳材料具有更高的比表面积并提供更多的活性位点,但是这些微孔孔道的利用率,在低充放电电流密度下时受碳材料石墨化程度的影响较大,而在高充放电电流密度下时则受介孔结构的影响较大。因此,研究最终发现具有优异电化学性能的碳材料应平衡多孔孔道结构和石墨化程度之间的影响。⑵以海藻类生物质石莼为原料,以Ni（CH3COO）2·4H2O为催化剂,通过热解制备获得碳化产物。再以硫脲作为硫源,通过水热法对碳化产物进行硫化处理,原位获得生物质基碳材料/硫化镍复合材料。实验结果表明复合材料的形貌结构与Ni（CH3COO）2·4H2O溶液的浓度及水热硫化处理时间有重要关系。复合材料作为超级电容器电极材料时,在充放电电流密度为1 A g-1时,可以提供1460 F g-1的比容量。我们以复合材料为正极,活性炭为负极,组装成非对称超级电容器,经过10000次充放电循环后,该器件容量保持率仍可以达到105%以上,表现出良好的电化学性能。在充放电过程中,碳材料可以提高电极材料的导电性,同时可以缓解硫化镍在充放电过程中的体积变化,最终改善硫化镍的电化学性能。