近年來超級電容器作為一種儲能裝置備受關(guān)注，傳統(tǒng)電極材料大多存在對環(huán)境有害、電荷儲備性能較差的問題，因此開發(fā)一種能夠快速充放電、綠色、環(huán)保友好的電極材料迫在眉睫。研究選取木質(zhì)炭、菊花炭、鋼炭（碳化爐燒）、竹炭和鋼炭（土窯燒）5種木、竹基碳材料，制備成木竹基電極，測試他們的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，竹炭制成的竹基電極面積比電容可達2432mF/c㎡，具有較好的倍率性能，相比其他材料是最具發(fā)展?jié)摿Φ哪局窕姌O材料。

隨著人口增加和城市化速度的加快，世界范圍內(nèi)的能源需求快速增長。而隨著新能源的出現(xiàn)，迫切需要探索無時間和地點限制、可快速充放電的儲能裝置，例如鋰離子電池、水系電池和超級電容器等均是當(dāng)前較好的儲能裝置。其中超級電容器作為近年來新興的儲能裝置，憑借著壽命長、功率密度大、工作溫度限制寬和良好的安全性等特點，成為當(dāng)前新能源汽車市場的“潛力股”。影響碳材料電容性能的因素有多種，如比表面積、孔徑分布、表面官能團、內(nèi)阻和灰分等，這些因素都與電極材料的結(jié)構(gòu)相關(guān)。

木、竹材作為一種具有各向異性、可再生的生物質(zhì)材料，不僅具有分層的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔徑和數(shù)量可控，比表面積較大，而且該結(jié)構(gòu)還有利于加載活性材料，加速電子和離子的傳輸。目前有關(guān)碳電極材料的研究主要集中在開發(fā)具有較高比容量、低質(zhì)量載荷的粉末狀電極方面，但這種薄電極材料難以適應(yīng)高質(zhì)量載荷的實際應(yīng)用，并且由于集流體、導(dǎo)電劑和粘合劑等非活性材料層的存在，使得活性電極材料的性能較差。相比之下，木基電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅優(yōu)化了電極本身的結(jié)構(gòu)，減輕了這些材料的限制，而且增加了電極的能量密度。

以木材衍生物作為儲能材料的研究，目前已經(jīng)取得了許多重要成果。Yan等通過碳化和低成本活化，設(shè)計了一種惡劣條件下的木基厚碳電極超級電容器，該電極具有超高的快速充放電速率、5萬次循環(huán)壽命和超低溫范圍，并且該碳化爐在惡劣環(huán)境中的使用壽命極長，經(jīng)過7萬次循環(huán)后，電容保留率在90%以上。當(dāng)前對木基電極的研究較為廣泛，而對以竹材為基底的竹基碳電極材料研究相對較少，仍處于起步階段。相比與木質(zhì)材料，我國竹類植物資源豐富，竹子具有生長快、更新迅速、可持續(xù)經(jīng)營利用等特點，是適合于當(dāng)前加工制造的木質(zhì)資源，是受到政府鼓勵的碳化材料。為探究竹基碳電極在超級電容器中的應(yīng)用，采用1種竹基碳材料與4種不同的木基碳材料進行電極制備，在分析相關(guān)孔隙結(jié)構(gòu)及比表面積的基礎(chǔ)上，比較不同木、竹基碳電極的電化學(xué)性能，以期為竹基超級電容器的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗材料

選擇木質(zhì)炭、菊花炭、鋼炭（碳化爐燒）、竹炭、以及鋼炭（土窯燒）5種木、竹基碳材料作為電極。具體碳化參數(shù)及來源見表1。

表1試驗原材料基本情況注：灰分含量通過煤工業(yè)分析儀分析得出。

1.2試驗設(shè)備

電化學(xué)工作站（辰華760e）、立式木工帶鋸機（MJMJ345EⅡ）、研磨儀（SCIENTZ-48）、電解杯（C002型）、鉑電極、汞-氯化汞電極、電腦。

1.3試驗方法

1）木竹基電極片制備。將木質(zhì)炭、菊花炭、鋼炭（碳化爐燒）、竹炭以及鋼炭（土窯燒）5種碳材料，通過立式木工帶鋸機沿縱向切割成1 mm厚的薄片，再將其修整為1 cm×1 cm幅面的碳片，并用吸耳球吹去表面的雜質(zhì)，得到木竹基碳電極。2）電化學(xué)性能測試。采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極測試系統(tǒng)。將制備好的薄碳片作為工作電極，鉑片（Pt）電極為對電極，將3 mol/L的電解液（KOH溶液）倒入電解杯中，至剛好沒過電極片的位置。然后將2個電極平行放至電解液中，并將銀-氯化銀電極放至2個電極中間作為參比電極。分別對5種碳材料進行活化測試、恒電流充放電（GCD）、循環(huán)伏安掃描（CV）和交流阻抗測試（EIS）。3）碳材料面積比電容計算。材料的面積比電容通過恒流放電曲線計算，計算公式為：C=ρΔt/ΔU。式中：C為面積比電容，mF/cm2；ρ為電流密度，mA/cm2；Δt為放電時間，S；ΔU為放電電勢窗口，V。