● 摘要
随着便携式电子设备和电力汽车的快速发展，电化学储能器件在人们日常生活中起到不可替代的作用。电化学储能器件主要有锂离子电池和电化学电容器，电化学电容器，即超级电容器，具有功率密度高、充放电速度快和循环寿命长等特点，已引起人们的广泛关注。由于电极材料的自身的结构局限性，目前超级电容器依然无法满足人们的实际需求。因此，探索低成本、性能优异的电极材料合成方法依然具有挑战性。
近年来生物质材料因成本低廉、资源丰富等特点得到了人们的关注。利用生物质自身的天然结构，通过活性生物质制备的碳材料兼具微孔、中孔和大孔并存的分级多孔结构，是超级电容器电极材料比电容高、倍率性能好、循环稳定性长的内在要求。
本文以香菇为碳源，通过两步化学活化方法，制备了具有分级孔道的多孔碳材料。首先采用磷酸在500 °C对香菇进行初步活化，可得到PAC-500；第二步采用KOH在800 °C对PAC-500进一步活化，最终形成了微孔、中孔和大孔并存的三维多孔的碳材料（KPAC-800）。表征结果显示KPAC-800的表面积达2988 m2/g，由1.5 nm到8 nm的微孔和中孔以及几十纳米到几百纳米的大孔构成。采用三电极和两电极对材料的电化学性能进行了测试。在6.0 mol/L的KOH电解液中，当电流密度为1 A/g时，比电容可达到306 F/g，电流密度增加到30 A/g时，其电容保持率为78%，经15000次恒流充放电循环后，其电容保持率高达95%；在1 mol/L TEABF4/AN电解质中，KPAC-800的比电容为149 F/g，30 A/g时的电容保持率为77%。这些电容性能均优于目前商业上普遍使用的RP20超级电容器电极材料。上述实验结果表明，本工作采用两步活化香菇得到的活性炭材料具有优异的电化学性能，为化学活化生物质材料制备高性能的超级电容器电极材料提供了新的途径。
通过对具有中空结构的医用棉花进行碳化和KOH活化处理，制备了具有一维多孔结构的碳纤维。系统考察了KOH活化剂用量对材料结构的影响规律，结果显示碳纤维不仅保持了前驱体的中空结构和较好的机械性能，而且纤维上分布有大量的微孔和中孔孔道，有效地提高了电解质离子和电极材料的接触面积，同时碳纤维内部的中空结构又可作为离子缓冲池，为电解质离子的快速传输提供了离子通道。由于aCF-6具有独特的结构特点，在6.0 M KOH电解液中，当电流密度为0.5 A/g时，比电容为310 F/g，当电流密度增加到100 A/g时，其比电容值依然可达到223 F/g；经过20000次循环稳定性测试，其电容保持率为97%，显示了优异的电容性能和循环稳定性。碳纤维自身良好的机械性能也将为进一步组装柔性储能器件提供了可能。
关键词：香菇，棉花，化学活化，氢氧化钾，多孔碳，电容性能