超级电容器作为新型储能元件,具有循环寿命长,可逆性良好,功率密度高等优点,一经问世便受到广泛关注。其中,电极材料作为超级电容器的重要组成部分,很大程度上决定了超级电容器的性能优良。具有大比表面积,高电导率,适当孔径分布和规则孔道结构,化学性质稳定的多孔碳材料可以作为理想的电极材料。在众多多孔碳材料中,纳米碳纤维具有一定的三维网络结构使其有利于电子的传导,并且具有机械柔韧性使其不需要添加粘结剂和导电剂而制备出电极材料,减小了不必要的内阻消耗等优点,成为一类优异的超级电容器电极材料。以往纳米碳纤维的制备大都以PAN、沥青等作为碳源,但是PAN、沥青等来源于化石能源,具有不可再生性,也不具有环境友好性,木质素作为数量上仅次于纤维素的第二大植物生物质原料,是最丰富的天然芳香族高分子,而且木质素含碳量高并具有苯环结构,可以将其用作碳纤维的原材料而应用于超级电容器中。以碱木质素为碳前驱体,以PVP为纺丝助剂,通过静电纺丝法制备纳米纤维膜,经过预氧化、碳化等过程得到木质素基纳米碳纤维。结果表明,所得木质素基纳米碳纤维的直径在200-250nm,在以木质素为支撑骨架的前提下,随着纺丝助剂PVP的增多,可以提供较大的比表面积。该纳米碳纤维未经过活化,比表面积最大可以达到600m2/g。同时此木质素基纳米炭纤维具有机械柔性,无需研磨与加入粘结剂,可以直接裁剪成电极进行电化学性能测试。在0.2A/g的电流密度下,比电容值可以达到183F/g,并且具有较小的电阻,表现出良好的性能。以TEOS为二氧化硅模板剂的前驱体加入到纺丝原液中,通过静电纺丝、预氧化、碳化和酸洗等过程制备出具有较高比表面积的微孔纳米碳纤维。二氧化硅模板剂的添加量对纤维直径的大小有显著影响,随着模板剂加入量的增加,纳米碳纤维的直径呈现先减小再增大的趋势,以PVP:木质素:TEOS=2:1:2比例制备出的纳米碳纤维具有最小的纤维直径,平均为132nm。比表面积最大为1197m2/g,孔体积最大为0.609cm3/g。对得到的木质素基纳米碳纤维进行电化学性能测试,表现出良好的电化学性能。结果表明,在0.2 A/g电流密度下的比电容最高为282F/g,在20A/g下,仍可以达到182F/g,电容保持率为66%。硅基模板在酸洗期间需要腐蚀性极强的HF酸,会在一定程度上腐蚀设备与仪器,以酸洗期间采用腐蚀性较弱的HC1酸的氧化镁作为硬模板剂,不仅可以避免其强腐蚀性带来的问题,还可以利用氧化镁的纳米尺寸,制备出具有较高中孔率的木质素基多孔纳米碳纤维,材料的比表面积为1140m2/g,近乎于微孔纳米碳纤维的比表面积,在此基础上将木质素基纳米碳纤维的中孔率提升至78%,孔径呈现多层次分布,材料内部由无中孔,到出现大直径中孔,到最后为小直径中孔。三电极测试体系中,在20A/g下,电容保持率在60%左右,这主要归因于中孔的引入提升了材料的倍率性能。