随着社会的发展,快速消耗的不可再生的化石能源以及日益恶化的环境使得人们不断开发高性能、价格低廉的电化学储能设施以满足未来能量储存的需求。在目前各种储能设施中,超级电容器由于具有较高的功率密度、快速的充放电能力、超长的循环稳定性以及比电池更高的可靠性,近几十年来一直是人们研究的热点。通常,超级电容器的性能在很大程度上依赖于电极材料自身的性能,比如电极材料较高的导电性有利于电子的转移,较大的比表面积有利于电荷的储存以及较高的化学稳定性有利于超级电容器的循环稳定性等。因此,人们在合成以及制备新型超级电容器电极材料方面付出了很大的努力。在目前使用的众多电极材料中,碳基材料由于具有大的比表面积,低廉的价格以及较高的导电性,是目前应用最多的超级电容器电极材料。目前,人们已经合成了各种碳材料应用于超级电容器,比如活性碳,碳纳米管、石墨烯等。但是,由于一些合成方法比较复杂且原料来源较为昂贵,在实际应用方面受到了一定的限制。因此,利用廉价的前驱体,尤其是自然界中广泛存在的生物质,开发简单、方便以及高效的方法来制备新型的碳材料应用于超级电容器依然是十分有必要的。作为一种可再生的能源,生物质具有价格低廉、可再生、无污染以及易于加工等优点。另外,利用生物质制备的碳材料也具有较大的比表面积、合适的孔径分布。过去的几十年中,人们已经利用各种方法以生物质为原料合成了不同形貌的碳材料。但是,这种自上而下的合成无法精确控制材料的形貌、孔径以及表面化学特征,而这些往往是电极材料所必须具有的一些特征。为了解决这些问题,必须开发研究新的合成方法来调整碳材料的孔径、形貌以及表面特征。基于此,围绕这一目的,在利用生物质制备活性碳材料方面开展了一系列的研究。本论文主要内容如下:以废弃生物质杉树皮为原料,采用先水热碳化,然后KOH活化的制备方法,在不同温度条件下制备了三维垂直排列的石墨烯纳米片（3D VAGNAs,3D vertically aligned graphene nanosheet arrays）,探讨了合成的机理及不同制备温度对样品形貌及结构的影响。通过不同的实验条件实现了对样品的形貌及孔径分布的有效调控,并对所合成样品在不同电解液中进行了电化学表征。结果表明,在三电极KOH电解液中,比电容可以达到393 F g^-1,循环10000次以后,仍能保持最初比电容的96.3%。在有机电解液中,能量密度达到了74.7 W h kg^-1。循环10000次以后比电容仍能保持原来的93.7%,表现出了较高的稳定性。利用杉树皮为前驱体,通过一种简单、高效以及一步碳化活化的方法制备了具有3D结构的多孔碳。这种具有微孔、介孔以及大孔的3D结构有助于电解液离子的迁移扩散,从而可以提高超级电容器的性能。利用这种材料在有机体系中组装成的超级电容器可以提供52.7 W h kg^-1的能量密度。另外,在充放电循环5000次以后,比电容仍能保持原来的92.7%。说明了所制备的电极材料具有优良的电容性能以及很高的循环稳定性。利用杉树皮作为前驱体,氯化锌作为活化剂,醋酸镍为催化剂以提高样品的石墨化程度,制备了具有二维结构的多孔碳纳米片,并研究了制备温度对样品结构与形貌的影响。最后在不同电解液中对所制备样品的电化学性能进行了测试。研究结果表明,醋酸镍作为催化剂,能显著提高碳材料的石墨化程度。利用所制备的样品在Na₂SO₄电解液中组装了对称型超级电容器,能量密度可以达到27.3 W h kg^-1,循环10000次以后,可以保持最初比电容的98%。