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超级电容器作为一种电化学储能器件,具有充放电速度快、功率密度高、使用寿命长、经济绿色环保等优点,其电化学性能受限于所使用的电极材料。生物质作为一种天然的可利用资源,经碳化制备的生物质碳面临着比表面积小、比电容低的问题。为了在不牺牲高功率密度和长循环寿命的前提下,提高超级电容器的高能量密度,非金属掺杂引入赝电容是一个被广泛接受的策略。本文的研究重点是以生物质作为碳源,通过碳化及非金属调制方法,制备得到不同的生物质碳,通过调节孔结构、增大比表面积、掺杂氮氧原子来增加双电层电容、引入赝电容特性,提高电容器的能量密度。主要研究内容如下:首先,选用棉花、丝瓜瓤、柚子皮、爆米花和夏威夷果壳等生物质进行一步高温碳化处理,得到五种生物质碳(CC、VS、PP、POP和MS)。棉花衍生的生物质碳(CC)的比表面积(4.9 m2/g)是VS的2.79倍、PP的40.45倍、POP的14.48倍、MS的6.30倍,孔体积大、离子传输通道多、电导率高。在四种水系电解液中,三电极体系测试结果表明,生物质碳均表现出双电层电容,CC具有最佳的电化学性能,6mo1/LKOH电解液中,电流密度为0.5 A/g时,其比电容是VS的2.31倍、PP的2.29倍、POP的7.79倍、MS的1.66倍。其次,通过一步热解法引入氮氧元素制备出氮氧掺杂的生物质碳(CCN)。CCN的比表面积(849.2 m2/g)是CC的173.5倍、孔体积是CC的47倍、离子传输通道更多,N掺杂将不同类型的氮(吡啶氮、季氮/石墨氮和吡啶氮的氧化物)引入碳晶格。在三电极体系下,四种水系电解液测试结果表明,CCN表现出双电层电容,电流密度为0.5 A/g时,其比电容均大于CC的2倍以上。在Li2SO4电解液中CCN表现出赝电容特性,电化学窗口拓宽至2V。在双电极体系下,八种水系电解液测试结果表明,材料均表现出优异的电容特性;并且在Li2SO4电解液中表现出赝电容特性,实现0.5 A/g电流密度下的高比电容(149.9 F/g),当功率密度为500 W/kg时,能量密度高达77.50 Wh/kg,5000次循环后,电容保持率为87.5%。最后,通过氨化活化技术对氮氧掺杂的生物质碳进行进一步的调制获得NH3-CCN。其比表面积(1368.8 m2/g)是CCN的1.6倍、孔体积是CCN的1.5倍、电导率(68.92 S/cm)是CCN的1.28倍,N掺杂将不同类型的氮引入碳晶格,调控氮氧含量。在四种水系电解液中,三电极体系测试结果表明,NH3-CCN表现出双电层电容,KOH电解液中,电流密度为0.5A/g,比电容(728 F/g)是CCN的2.5倍。在双电极体系下,KOH电解液中,电流密度为0.5 A/g,比电容值(135.2 F/g)是CCN的2.1倍,功率密度为250 W/kg时,能量密度为18.10 Wh/kg,20000次循环后,电容保持率为95.67%。