目前,不可再生能源的不断消耗带来了严重的能源危机和环境污染,可再生的绿色能源受到越来越多的重视。可再生能源具有非稳态性的特点,例如太阳昼夜更替、自然风力随季节变化等。因此,开发稳定高效的储能器件,解决可再生能源发电过程中存在的间歇性和不稳定性问题,对能源结构调整具有十分重要的意义。超级电容器作为一种新型储能装置,因其充放电效率高、循环性能稳定、功率密度高等优点而备受关注。超级电容器的性能和成本受电极材料影响很大,其中碳材料具有比表面积高、导电性好、无毒性等优点,在商业中得到了广泛的应用。稻壳作为一种来源广泛的生物质原料,含有大量的碳元素,其中固有的二氧化硅成分可以在向碳材料的转化过程中充当完美的模板骨架,是一种理想的制备碳材料的原料。在将稻壳等生物质转化为碳材料的过程中,目前使用的活化剂大多集中在KOH、K2CO3、H3PO4、Na OH这类具有腐蚀性的化合物上,对环境危害很大,同时大多使用高温处理法来增加碳材料的石墨化程度,不仅产率低、成本高,而且得到的碳材料孔隙结构不发达。本文采用不同的金属盐作为活化剂和石墨化催化剂,在不同的活化剂用量和活化温度下对制得碳材料的形貌特征、孔隙结构和石墨化程度进行系统分析,并将制得的活性炭组装为超级电容器,对其电化学性能进行探究,同时探究了不同的改性方法对制备的活性炭的结构组成和电化学性能的影响,研究成果将为生物质基多孔石墨化碳材料的制备提供一条新思路。研究结果表明,不同的金属盐具有不同的活化机理和协同作用。Mg Cl2·6H2O和Ca Cl2在活化过程中容易形成中孔,而KCl的化学性质较为活泼,更容易形成微孔结构。加入Fe Cl3不仅可以增加碳材料的石墨化程度,与其他金属盐混合也有利于增加比表面积。根据氮气吸脱附测试的结果,增加活化剂KCl的用量,碳材料的比表面积先上升后下降,当稻壳和KCl的质量比为1:2时,得到的碳材料的比表面积最大,为1881.2 m~2/g。提高活化温度,有利于孔隙结构的生成,当温度上升至900℃,碳材料的比表面积为2003.5 m~2/g,但过高的活化温度生成过多的微孔结构,微孔率高达96.1%,不利于电解质离子的储存和运输。X射线衍射和拉曼光谱分析的结果显示,活化剂过多不利于石墨碳结构的生成,但提高活化温度有利于无定型碳在铁元素的催化作用下转化为石墨碳结构。当使用KCl为活化剂,Fe Cl3作为石墨化催化剂,稻壳、KCl、Fe Cl3的质量比为1:2:1,活化温度为800℃时,得到的碳材料具有较高的比表面积和较高的石墨化程度,当电流密度为0.2 A/g时,两电极和三电极测试体系下分别得到了288.2 F/g和324.5 F/g的比电容,表现出优异的电化学性能。采用脱硅、酸洗和水热的化学改性方式对碳材料进行改性处理后,碳材料的形貌特征、孔隙结构以及石墨化程度均发生了改变。氮气吸脱附测试的结果表明,酸洗和水热处理有利于提高碳材料的比表面积,脱硅处理后碳材料的比表面积虽有所下降,但微孔率降低,总孔容增大。X射线衍射和拉曼光谱分析的结果表明,脱硅和水热处理不利于碳材料石墨结构的生成,酸洗有利于提高碳材料的石墨化程度。根据电化学测试的结果,化学改性后碳材料的电化学性能均有所提升,水热处理的提升最为显著,比电容从288.2 F/g提升至335.5 F/g,提高了16.4%。