随着电子设备、电动汽车等产品的发展,人们对高能量密度储能设备的需求越来越迫切。电极材料作为储能设备的重要组成部分,已成为研究人员关注的重点。生物质碳材料因其原材料资源丰富且具有优异的结构为人们所关注,研究发现,通过从生物质废料前驱物热解得到的生物质碳材料作为钾钠锂离子电池负极有着较好的电化学性能。本文以玉米皮和核桃分心木作为原材料,以不同手段改性并研究其电化学性能:首先以玉米皮为原材料、氢氧化钾为活化剂,制备具有多孔结构及不同比表面积的生物质碳材料作钾离子电池负极。结果表明,未经活化的低比表面积碳材料具有更高的电化学性能。其在0.1 A g-1的电流密度下首次充放电容量分别为231.0和396.2 mAh g-1,初始库仑效率为58.3%,经过100次循环后可逆容量仍有205.8 mAh g-1。这是因为未活化的碳材料具有更高的结构稳定性,有利于钾离子的传输,从而提高负极材料的充放电性能及循环稳定性;其非常低的比表面积也赋予负极更高的首次库伦效率。其次以核桃分心木为原材料、尿素为氮源,制备了氮掺杂生物质碳材料作钾离子电池负极。结果表明,掺氮后生物质碳负极材料氮含量约为5.45 at%,且电化学性能明显升高。具体地,在0.1 A g-1的电流密度下首次充放电容量分别为263.6和478.4 mAh g-1。在第50次充放电后容量几乎没有损失。经过200次循环,电极的可逆容量为242.5 mAh g-1,容量保留率高达92.0%,并且在1 A g-1的大电流密度下循环1000次,容量仍达119.9 mAh g-1。主要的原因是碳材料中氮原子与碳原子形成吡咯氮、吡啶氮和石墨化氮,这三种氮的存在提高了钾离子的扩散速率以及碳材料的导电性,另外也使碳材料内部缺陷增加,为钾离子的储存提供更多的活性位点。再次以核桃分心木为原材料在不同温度下碳化,研究碳化温度对钾离子电池负极材料的影响。结果表明,在1000℃碳化的电极材料具有最优异的电化学性能,尤其在1 A g-1的大电流密度下具有极好的电化学稳定性和高的可逆容量。这可能是因为在低温下碳化的生物遗态碳材料缺陷多,以吸附储钾为主,随着温度增加,材料石墨化程度增大,扩散插层储钾提高,但石墨化的进一步增加,层间距减小,钾离子大的半径导致扩散困难,比容量下降,在1000℃形成临界点。最后以核桃分心木为原材料、氢氧化钾为活化剂,先碳化后活化制备超级电容器电极材料。研究发现,孔隙率高的大比表面积电极材料在超级电容器中电化学性能优异,具有极好的电化学稳定性和比电容。以倍率测试为例,电极材料在0.5 A g-1电流密度下具有255.3 F g-1,在8 Ag-1的电流密度下具有210.9 F g-1,容量保持率高达82.6%,且在8 A g-1的大电流密度下循环5000次容量未衰减。