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超级电容器作为新一代环保储能装置，因其功率密度大、寿命长、安全、便于携带等优点，在便携式生物监控设备、柔性电子器件等领域具有广阔的应用前景。但超级电容器目前存在能量密度低、价格相对较高等缺点，还不能满足为小型电子产品提供高动力的实际需求。碳基复合材料作为未来可工业化生产的电极材料，是高性能超级电容器实用化的关键。因此，开发原料价廉易得、制备方法简单且结构可控的分级多孔活性炭及其复合材料，对于提高超级电容器性能具有重要的研究意义。
基于此，本文旨在创制新型生物质基炭电极材料，以具有分级结构特征的蒲公英和海带两种生物质为原料，通过对碳源、制备参数以及与赝电容特征MnO2复合的调控，研究炭材料微观结构、元素组成等物理化学性质与电化学性能之间的关联，从而提升超级电容器的性能。本文主要研究内容和成果如下：
1.蒲公英基活性炭(AC)材料的制备及电化学性能研究。以具有中空多孔结构特征的蒲公英冠毛为碳源，经过预处理、活化、焙烧炭化得到活性炭。活化剂配比和焙烧温度对活性炭微观结构和电化学性能有影响，KOH与活性炭的配比为2∶1，焙烧温度为800℃时得到的三维贯通介孔/大孔分级多孔炭具有最佳的电化学性能，在1A/g电流密度下比电容达到163F/g，充放电循环10000次电容几乎无衰减。
2.蒲公英基活性炭复合MnO2(MnO2/AC)材料的制备及电化学性能研究。以蒲公英基多孔活性炭为基底，KMnO4为氧化剂，采用水热法可控合成了MnO2/AC复合材料。水热反应温度和反应时间对MnO2/AC微观结构和电化学性能有影响，反应温度为150℃，反应时间为1h时蒲公英活性炭表面上生长的纳米MnO2最为致密，使得电化学反应由仅发生在电极的最表层，扩展到电极内部的活性物质，在表面吸附理论和本体嵌入脱出理论共同作用下提高了电化学性能。在1A/g电流密度下比电容为1250F/g，循环5000次后保留了初始电容量的60.5%。
3.海带基纤维素活性炭复合MnO2(MnO2/NCCA)材料的制备及电化学性能研究。以废弃海带为碳源，通过纤维素提取、真空冷冻干燥和高温炭化步骤，得到了具有高比表面积和三维分级多孔结构的活性炭(NCCA)。再以NCCA为基底，KMnO4为氧化剂，采用水热法合成了MnO2/NCCA电极材料。炭化温度、水热反应时间和温度对MnO2/NCCA微观结构和电化学性能有影响，炭化温度为700℃，反应温度为150℃，反应2h时的MnO2/NCCA具有最佳的结构和电化学性能，在1A/g的电流密度下的比电容达到了593F/g，且循环5000次后保留初始电容量的51.4%。
基于此，本文旨在创制新型生物质基炭电极材料，以具有分级结构特征的蒲公英和海带两种生物质为原料，通过对碳源、制备参数以及与赝电容特征MnO2复合的调控，研究炭材料微观结构、元素组成等物理化学性质与电化学性能之间的关联，从而提升超级电容器的性能。本文主要研究内容和成果如下：
1.蒲公英基活性炭(AC)材料的制备及电化学性能研究。以具有中空多孔结构特征的蒲公英冠毛为碳源，经过预处理、活化、焙烧炭化得到活性炭。活化剂配比和焙烧温度对活性炭微观结构和电化学性能有影响，KOH与活性炭的配比为2∶1，焙烧温度为800℃时得到的三维贯通介孔/大孔分级多孔炭具有最佳的电化学性能，在1A/g电流密度下比电容达到163F/g，充放电循环10000次电容几乎无衰减。
2.蒲公英基活性炭复合MnO2(MnO2/AC)材料的制备及电化学性能研究。以蒲公英基多孔活性炭为基底，KMnO4为氧化剂，采用水热法可控合成了MnO2/AC复合材料。水热反应温度和反应时间对MnO2/AC微观结构和电化学性能有影响，反应温度为150℃，反应时间为1h时蒲公英活性炭表面上生长的纳米MnO2最为致密，使得电化学反应由仅发生在电极的最表层，扩展到电极内部的活性物质，在表面吸附理论和本体嵌入脱出理论共同作用下提高了电化学性能。在1A/g电流密度下比电容为1250F/g，循环5000次后保留了初始电容量的60.5%。
3.海带基纤维素活性炭复合MnO2(MnO2/NCCA)材料的制备及电化学性能研究。以废弃海带为碳源，通过纤维素提取、真空冷冻干燥和高温炭化步骤，得到了具有高比表面积和三维分级多孔结构的活性炭(NCCA)。再以NCCA为基底，KMnO4为氧化剂，采用水热法合成了MnO2/NCCA电极材料。炭化温度、水热反应时间和温度对MnO2/NCCA微观结构和电化学性能有影响，炭化温度为700℃，反应温度为150℃，反应2h时的MnO2/NCCA具有最佳的结构和电化学性能，在1A/g的电流密度下的比电容达到了593F/g，且循环5000次后保留初始电容量的51.4%。