超级电容器是重要的储能器件,由于其功率密度高、循环寿命长、可操作温度范围广、环境友好、安全等优点而引起了人们极大地关注。然而,到目前为止,商业化的超级电容器能量密度比锂离子电池和燃料电池低很多,制约了其在众多领域的进一步推广应用。根据超级电容器的能量密度公式E=1/2 CV2,我们发现要提高对称/不对称超级电容器的能量密度,不仅需要具有大比电容的电极材料,还需具有宽的可用工作电压窗口。因此,本论文通过分析对称/不对称超级电容器性能的制约因素,选用成本低廉的生物质材料,采用简单的方法,设计合成了生物质基碳材料及生物质基复合碳材料作为电极材料,再匹配适当的电解液或者金属氧化物作为电极材料构筑具有大工作电压的新型对称/不对称超级电容器,从而提高超级电容器的能量密度。主要研究内容和结果如下:1、以高粱秸秆为碳源,Zn Cl2作活化剂,采用简单的高温碳化方法制备了高粱秸秆基碳材料(SSCs)。在800 o C的高温下,通过优化碳源与活化剂的比,发现当活化比为1:1时,所制备的碳材料SSC1.0样品的比表面积为1354.7 m2 g-1。SSC1.0作为电极材料,以2 M KOH为电解液,在0.5 A g-1的电流密度下,其比电容为216.5 F g-1,甚至在8 A g-1的电流密度下,电容保持率达到75%左右。经过5000次充放电后,比电容可以保留92%左右,具有优异的循环稳定性。此外,组装成的SSC1.0//SSC1.0对称超级电容器,在0.5 M Na2SO4电解液中,进行电化学性能测试,具有宽的操作电压(0-1.8 V)。2、以胡萝卜为碳源,Zn Cl2作活化剂,制备得到了多孔碳材料(CCs)。分别将蒽醌(AQ)、1-氨基蒽醌(1-AAQ)、2-氨基蒽醌(2-AAQ)负载在碳骨架上得到多孔碳复合材料。电化学性能测试表明,负载1-AAQ的碳复合材料(1-AAQ-CC2)具有明显的赝电容行为,在2 M KOH电解液中具有最大的比电容(0.5 A g-1的电流密度下,其比电容为328 F g-1),以及杰出的循环稳定性(经过5000次充放电之后,在3 A g-1下比电容仍然保留95%左右)。此外,以1-AAQ-CC2组装成的对称超级电容器在0.5 M Na2SO4电解液中,电压窗口可扩展为0-1.8 V,且能量密度为14.8 Wh kg-1时功率密度为240 W kg-1。这些结果展现出制备的复合电极材料,发生了可逆的氧化还原反应,增加了赝电容,提高了其能量密度。3、设计和构筑以苜蓿基多孔碳(APAC-2)为正极,具有赝电容性WO3-2.0为负极的水系不对称超级电容器。在不同的p H值下,分别制备得到了盘状六边形、纳米棒束、规则的六边形、纳米球、纳米针等不同形貌的WO3电极材料。电化学测试表明,制得的WO3-2.0(p H为2.0)具有最大的比电容(415.3 F g-1)。通过简单的同时活化-石墨化方法制备得到了苜蓿基电极材料(APAC-2)。构筑的新型不对称超级电容器(APAC-2//WO3-2.0)电压窗口为0-1.6 V,当其功率密度为403.1 W kg-1时能量密度达到了27.3 Wh kg-1,不对称超级电容器拥有优异的循环稳定性(循环5000次保留82.6%的比电容)。优异的电化学性能表明APAC-2//WO3-2.0不对称超级电容器可作为能量储存设备。