随着化石能源的大量消耗和日益加剧的环境问题,人们逐渐意识到清洁和可持续能源的重要性。对于新兴的风能、太阳能等绿色能源都需要理想的能源储存设备,其中,超级电容器和锂离子电池因为其各自的优势是目前应用最广泛的电化学储能设备。电极材料是电化学储能器件的主要组成部分,如何以成本、大批量的研发高性能的电极材料是电化学储能器件实际应用的关键和亟待解决的问题。因此,本文作为国家自然基金一部分,主要以储量丰富、可再生生物质为基础,充分利用生物质特性制备生物质碳材料及其复合材料,并积极探索其微观结构与电化学性能的关联。具体研究内容如下:1.利用木耳具有优异的水和离子吸附性,以浸取-煅烧的简易方式制备出具有高负载量的MnO/C复合材料。木耳衍生的碳给予复合材料高的比表面积和快速的电子及离子传输通道,并为氧化锰提供了有效的保护层。作为超级电容器电极,在3 mA/cm~2的电流密度下具有735 mF/cm~2的高比容量,并且具有较好的循环稳定性。此外和活性碳组装为非对称超级电容器器件,也呈现了较高的能量密度和优异的循环性能。2.辅助熔融盐技术,利用干木耳吸取乙酸锰和氯化钠的混合溶液,通过引入氯化钠在煅烧过程中实现的共熔效果有效裂解生物质,并且以自身为牺牲模板生成大量的多级孔道结构,氧化锰纳米颗粒被均匀的碳层相互交联在一起。多孔的生物质碳框架有效增强离子和电子的扩散能力,为氧化锰提供有力的保护层,这些也确保MnO/C复合材料作为电极材料具有较好倍率和循环性能。作为超级电容器电极,在2 mA/cm~2的电流密度下,面积容量达到853 mF/cm~2。应用到锂离子电池负极时,当电流密度为0.1A/g时容量达到876 mAh/g,2A/g时仍保持在402 mAh/g,经过1000次的循环容量没有任何衰减。3.以天然的木耳为碳源,运用氯化铵介入的“化学吹”等策略制备出类石墨烯碳气凝胶。作为超级电容器电极,具有较高的比容量,在1A/g的电流密度下容量可以达到340 F/g。组装为对称超级电容器也具有185 F/g高的比电容,并且具有出色的循环稳定性,经过10000次循环后,电容保持率高达91%。此外,在功率密度约为2 kW/kg,其能量密度高达25.5 Wh/kg,当功率密度约为20 kW/kg仍然保持19.4 Wh/kg。