双电层电容器由于具有功率密度高、循环寿命长、稳定性高、成本低廉等特点,是市场占有率最高的一类超级电容器,其电极以炭材料为主,而活性炭和模板炭的应用最为广泛。活性炭孔径分布较为分散,致使比表面积利用效率不高,常规模板炭化中多以有机化学试剂为碳源,并进行额外的氮元素掺杂,加重环境保护压力。针对上述问题,本课题提出以富氮原生生物质热解油为碳源,使用不同模板剂制备孔径分布集中、孔隙结构可调并具有一定量含氮官能团的多孔炭电极材料。具体研究内容如下:通过工业分析和元素分析对几种常规生物质进行遴选,最终选择碳含量为48.54%、氮含量为9.53%的豆渣作为热解油原料;分别在5、10、20℃/min升温速率和快速热解4种条件下对豆渣进行热解,气相色谱质谱联用、有机元素和质量收率分析表明20℃/min升温速率下豆渣热解油氮含量为4.55%、质量收率为45.5%,是制备热解油的最佳升温速率。以最佳热解升温速率下豆渣热解油为碳源、柠檬酸镁为模板剂制备多孔炭,通过BET、XRD、FTIR、XPS等技术对多孔炭进行表征,并在6mol/L的KOH电解液中考察多孔炭电极材料的性能,实验结果表明:多孔炭孔径分布集中在2-8nm,最可几孔径为4nm,具有典型的中孔特征;混合质量比为1:4、炭化升温速率为20℃/min时,比表面积取得最大值,为1637m~2/g;中孔炭电极材料循环伏安(CV)曲线均呈现类矩形状,恒电流充放电(GCD)曲线为类等腰三角形,呈现明显的双电层储能特性;质量比为1:4、炭化升温速率为10℃/min时,中孔炭电极材料比电容量最大,为197.95F/g;原位掺杂引入的氮元素一定程度上提高了电极材料的赝电容量。中孔炭吸附能力相对较弱,微孔炭离子传输能力差导致比表面积利用率低,课题以豆渣热解油为碳源、乙酸钾为模板剂进一步制备适合水系电解质的超微孔炭,并通过电化学方法研究其电容性能。研究发现:超微孔炭孔径分布集中在0.5-1.5nm,最可几孔径为0.91nm;质量比为1:4、炭化升温速率为10℃/min时,表面积取得最大值,为1607m~2/g;超微孔炭电极材料CV曲线均展现出类矩形状,GCD曲线为明显的等腰三角形,呈现典型的双电层储能特性;质量比为1:4、炭化升温速率为10℃/min时,超微孔炭电极材料比电容高达398.85F/g,远超同等比表面积下中孔炭的比电容值。