过去几十年,化石资源广泛应用于汽车产业、农业、电力、交通等领域。由于人们对化石资源的过度开发利用,导致全球气温变暖、能源储备削减等现象愈发严重。因此,科学家认为避免过度消耗化石燃料的有效途径之一,是开发以可再生资源为原料的清洁能源储存和转换设备,如太阳能电池、锂离子电池和超级电容器。其中,超级电容器作为介于传统电容器和可充电电池间的一种新型储能设备,在日益增长的能源需求中得到了广泛应用,并有望缓解化石能源过度消耗带来的问题。按照原料的基本组成,超级电容器可分为碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物。相比于后两类材料,碳材料具备原料来源广泛、绿色环保、比表面积高,孔隙率大和导电性好等优势,所以制备的碳基超级电容器的功率性能和循环稳定性有明显提高。本文主要研究以生物基原料作为前驱体制备的碳材料在超级电容器中的应用,此外,为了制备自支撑、电化学性能优异的碳基超级电容器,本论文主要采用静电纺丝作为制备膜电极的主要手段,以获得直径均匀、孔径可控的纳米纤维。制备的具有三维网络结构和孔隙率高的电纺纳米纤维膜,再经过碳化、活化、杂原子掺杂等后可直接作为碳电极材料,且其自支撑特性确保了电极制作过程中无需使用导电剂、粘结剂,因而显著提升电极的电化学性能。本论文设计、制备了一系列高性能的碳纳米纤维（CNF）膜电极,并详细评价了其性能。本文所获主要研究结果如下:1.采用高压静电纺丝技术制备了醋酸纤维素（CA）纳米纤维膜,然后通过脱乙酰化过程获得了热稳定良好的纤维膜。最后,通过预氧化、碳化处理制备了CA碳纳米纤维膜,并考察了不同碳化温度对CA碳纤维膜形貌和电化学性能的影响。氮气吸脱附测试结果表明,CA-CNFs（800 ℃碳化）电极的比表面积高达720.8 m2 g-1,其平均孔径为2.42 nm。在三电极体系下,CA-CNFs电极材料在0.2 A g-1的电流密度下的比电容高达229.4 F g-1。此外,其在充放电循环40,000次后仍能保持97.3%的初始比电容,表现出优异循环稳定性;在双电极体系下,CA-CNFs-800超级电容器的能量密度高达16.4 Wh kg-1(200 W kg-1)。2.在上述工作的基础上,通过静电纺丝技术探究了大豆分离蛋白（SPI）的可纺性,并成功地制备了生物基CA-SPI二元复合纳米纤维膜。该项工作重点探索了CA-SPI复合电纺纤维膜的可纺性以及碳化温度对CA-SPI碳纳米纤维膜电极结构及相应电容性能的影响。实验结果表明,CA-SPI-CNFs拥有三维导电网络、层次化的孔隙分布、优异的电子传输能力以及丰富的表面官能团。并且在三电极体系下,CA-SPI-800膜电极的质量比电容高达219.3 F g-1(0.2 A g-1)。双电极体系下,同CA-CNF仅能循环10,000次相比,CA-SPI-800在进行40,000次充放电测试后(20 A g-1)依然可以保持94.1%的初始比电容。3.在上述研究基础上,设计了一种金属盐改性的CA-Zn（OAc）2复合碳纳米纤维膜。详细研究了CA与锌盐改性络合获得锌离子改性复合纳米纤维膜的可行性,并探究了不同醋酸锌浸泡时间对CA-Zn（OAc）2碳纳米纤维膜电化学性能的影响。电化学表征测试数据表面,CA-Zn（OAc）2膜电极内部存在三维导电网络结构。其在双电极评价体系下,质量比电容为71.3 F g-1。该碳-金属氧化物复合超级电容器在20,000次充放电循环之后仍保持90.8%的初始比电容。综上所述,本论文的主要工作是利用静电纺丝技术制备了以生物基醋酸纤维素为主要原料的纳米纤维膜电极材料,然后利用不同复合和改性技术,赋予纤维膜独特的结构特征来提高其电化学性能。经由各类电化学测试和形貌表征也证实了所制备的一系列膜电极拥有优异的电化学性能,可以达到预期目的。因此,上述膜材料有望能在能量存储领域中得到广泛的生产应用。