新型能量存储材料一直是材料研究领域的热点,而超级电容器作为一种新型的储能设备,由于具有充放电快、功率密度大和循环稳定性高等优点,已经被广泛应用于各种能源存储领域。利用生物质、废弃建筑材料等含碳材料为碳源,制备多种新型功能化碳纳米材料是提高超级电容器能量密度的有效方法,也是实现可持续发展理念的重要创新。本文利用含碳废弃物制备了新型MnO₂/碳纳米复合材料,有效提高了MnO₂的储能表现。本文的主要工作如下:1.以天然酵母细胞为碳源,通过水热预碳化和热解碳化成功制备了掺氮多孔空心碳球。以氮掺杂多孔空心碳球为模板,通过原位水热反应沉积MnO₂纳米线。在不同的反应溶液浓度中,获得了具有不同形貌和电化学性质的MnO₂纳米结构。所制备的复合材料在1 M Na₂SO₄电解质中并在1 A g^-1的电流密度下表现出255 F g^-1的高比电容。然后,以该复合材料为正极,空心碳球为负极,组装非对称超级电容器。在2.0 V电压窗口内,当功率密度为500 W kg^-1时,能量密度为41.4 Wh kg^-1,在功率密度为7901 W kg^-1时仍保持23.0 Wh kg^-1的能量密度。此外,该非对称超级电容器经过5000次循环后的电容保持率达到了93.9%,表现出优异的循环稳定性。这项工作创新地利用了生物质碳,有效提高了超级电容器的能量密度,为电极材料的制备提供了环境友好的策略和新见解。2.以建筑垃圾中回收的碳纤维增强环氧树脂基材料为碳源,热解表面的环氧树脂制备高质量的柔性碳纤维材料。通过SEM可以观察到所制备的再生碳纤维直径为8μm,是柔性电极材料的理想基材。此外,通过一步电沉积将PANI和MnO₂均匀地沉积在回收碳纤维上。回收碳纤维/PANI/MnO₂复合材料在1 M Na₂SO₄电解液中,比电容达到了475.1 F g^-1(1 A g^-1),经过5000次的GCD循环后电容保持率为86.1%。优化电沉积时间后的复合材料具有更多的电活性位、更快的离子和电子转移、结构稳定性和更高的电导率,赋予该复合材料广阔的应用前景。3.利用莲蓬为碳前驱体,通过以KOH活化为主,植物导管内富含的天然碱金属元素辅助活化的方式,制备了中空多孔活性碳材料。该活性碳材料在电流密度为1 A g^-1时的比电容达到了217 F g^-1,表现出良好的储能效果。此外,通过水热沉积反应,在活性碳中空管道内形成均匀的MnO₂颗粒,通过引入赝电容,使得电化学性能进一步提升。以该复合材料为正负极,组装的对称超级电容器在功率密度为123.7 W kg^-1时表现出16.6 Wh kg^-1的能量密度,在高功率密度9651 W kg^-1时,能量密度仍然保持在11.5 Wh kg^-1。此外,经过5000次的循环后,电容保持率达到了87.1%,这表明该材料是一种理想的超级电容器电极材料。