中國粉體網(wǎng)訊 碳材料廣泛應用于電極材料，例如碳納米管和石墨烯等。然而，制備嚴重依賴基于化石燃料的前驅(qū)體，合成條件比較嚴苛，對環(huán)境壓力較大且生產(chǎn)成本較高。
自然界的生物質(zhì)材料富含碳元素且有著獨特的天然微結(jié)構，因而可作為十分有潛力的碳材料前驅(qū)體，進而可成為性能良好的碳材料電極。此外，生物質(zhì)碳材料因來源的廣泛性，因此在碳材料的應用中，生物質(zhì)源碳材料具有可再生性、易加工性、可調(diào)控表面性能和相對低的成本等優(yōu)勢而引起行業(yè)關注，得益于當前的能源政策，生物質(zhì)碳材料在新型的儲能材料中有著不錯的應用前景。
生物質(zhì)碳材料的結(jié)構
生物質(zhì)碳材料因生物質(zhì)源的多樣性，其微觀結(jié)構表現(xiàn)出相應的多樣性，如球形、纖維狀、片狀、管狀以及棒狀等。物質(zhì)的性質(zhì)由其結(jié)構所決定，不同的結(jié)構的碳材料，在內(nèi)部孔隙、表面化學性質(zhì)和力學性能等方面也有著較大的差異，因此其應用領域也略有不同。當前研究應用較為廣泛的多為球形結(jié)構、纖維狀、管狀及片狀等４種結(jié)構。
球形結(jié)構
在儲能領域中，電極材料的微觀物料特性越好，所制造的電池的性能也更優(yōu)良。球形結(jié)構的生物質(zhì)碳材料由于其出色的表面化學性質(zhì)和獨特結(jié)構，在電極材料等儲能領域有著良好的應用前景。目前大多數(shù)表面光滑的球形生物質(zhì)碳材料多以糖（蔗糖和葡萄糖）為原料制備。
純粹的球形生物質(zhì)碳材料雖有良好的物理和化學性質(zhì)，但仍有改良空間，通過與其他材料的復合可以進一步的增強其性能。
纖維狀結(jié)構
碳纖維（CFs）因其優(yōu)異的導電性、較高的表面積、良好的柔韌性以及高抗拉強度，在高強度輕質(zhì)復合材料、催化劑載體、生物化學、電磁屏蔽以及超級電容器、鋰離子電池、燃料電池和太陽能電池等領域有著較好的前景。自然界中，如亞麻、苧麻、莖皮、蓮蓬等具有纖維結(jié)構的生物質(zhì)，能夠很好的制備出不同微觀結(jié)構的碳纖維材料，而不同微結(jié)構的碳纖維在共性以外也具有各自獨特的應用。
碳納米纖維的電鏡圖
管狀結(jié)構
管狀碳材料可為電子或離子傳送提供通道，還可形成緩沖空間，在充放電過程加速電解質(zhì)離子從電解質(zhì)溶液到電極內(nèi)部孔隙的擴散與遷移，縮短離子擴散的路徑。具有中空管狀結(jié)構生物質(zhì)材料可作為具有導電活性的碳材料前驅(qū)體。此外某些多糖類物質(zhì)也可生產(chǎn)管狀結(jié)構碳材料。
熱解木質(zhì)素的掃描電鏡圖
片狀結(jié)構
二維碳材料具有高縱橫比、優(yōu)異導電性和良好機械性能的特性。采用某些獨特的生物質(zhì)原料通過特殊的技術可以用來生產(chǎn)片狀結(jié)構的碳纖維材料，同時具有較高的縱橫比、良好的導電性和不錯的機械性能。
生物質(zhì)碳材料的合成方法
已有的生物質(zhì)碳材料制備方法主要有直接碳化法（高溫分解法）、活化法、水熱碳化法和模板法。
直接碳化法
髙溫碳化的目的是為了除去原料中的有機或者易揮發(fā)的成分從而得到具有的一定孔徑結(jié)構的碳材料，該過程中發(fā)生了一定程度的熱解和縮聚反應。一般植物類碳材料的熱解反應步驟：
（1）300-470Ｋ溫度階段：脫水過程，化學成分并未改變。
（2）470-770K溫度階段：熱解開始，產(chǎn)生大量焦油、氣體，化學成分開始改變，碳骨架形成。
（3）770-1120K溫度階段：熱解過程，產(chǎn)生大量反應物，碳骨架強化。
不同原料的熱解溫度也不相同，但是這些過程之間并沒有特別嚴格的界限。影響最后碳化結(jié)果和所得材料結(jié)構的因素有很多，比如碳化溫度、升溫過程、不同溫度階段的保溫時間和材料本身的結(jié)構和粒度等。
活化法
活化：反應前加入到材料中的活化成分與碳材料內(nèi)部的碳原子之間發(fā)生理化反應消耗碳原子，同時生成金屬鹽或者揮發(fā)性氣體，進而產(chǎn)生豐富的孔結(jié)構�；罨瘎┑倪x用、活化處理時間長短、活化反應溫度及活化劑的使用量都能夠影響活化的最后結(jié)果。
常用的活化方法分以下三種：
化學活化
化學試劑為活化劑，將其鑲嵌進入碳骨架，通過系列交聯(lián)或縮合聚合制備活性碳的方法。該方法所需活化時間短、活化反應過程易控制且產(chǎn)物的比表面積大。
物理活化
主要是以CO2、H2O等氧化性氣體作為活化成分，在活化過程中充入活化氣體，高溫反應階段能夠除掉反應過程中產(chǎn)生的非組織碳中間物質(zhì)，并且也能夠與結(jié)構中的活性碳原子之間相互作用。
復合活化
物理活化和化學活化有效的結(jié)合，兩者的優(yōu)點結(jié)合，但同時也有均勻性差，活化程度不好控制，有效性差等不足。
水熱碳化
水熱碳化過程中涉及的化學反應主要包括５個步驟：水解、脫水、脫羧、聚合和芳環(huán)化。該方法具有簡便、效率高和無污染等優(yōu)點。
模板法
以多孔材料作為模板，以含碳的生物質(zhì)小分子為碳源，通過一定方法將碳源注入模板的孔道中，使其聚合、固化，然后通過高溫碳化形成碳和模板的混合體，最后除去模板而得到生物質(zhì)碳的方法。此方法優(yōu)點是可以通過選擇合適的模板和碳源來調(diào)控碳材料的孔徑。
生物質(zhì)碳材料的研究現(xiàn)狀
用于超級電容器方面的研究
碳材料因具有高穩(wěn)定性、良好的導電性和高SSA等性質(zhì)而被運用于超級電容器電極材料。生物質(zhì)碳材料具有無污染、低消耗以及原料豐富等優(yōu)點，此外還具有獨特的結(jié)構、較高的表面積以及良好的電化學性能，因此一些研究者開始考慮將生物質(zhì)碳材料應用于超級電容器。
用于離子電池方面的研究
離子電池由于具有電壓高、比能量高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點廣泛用于電子產(chǎn)品等領域。目前的離子電池負極碳片的碳源主要為化石能源，所以一些研究者考慮將生物質(zhì)碳材料作為離子電池負極碳片的原材料。
用于導電涂料方面的研究
生物質(zhì)碳纖維具有與化石燃料生產(chǎn)的碳纖維一樣的導電特性，獨特的生物質(zhì)纖維結(jié)構能夠使其與傳統(tǒng)的碳纖維有些不同，因此在導電涂料領域中也有著很大的潛力。
用于其他方面的研究工作
生物質(zhì)碳纖維，在碳纖維應用領域都有著廣泛的研究前景，不同生物質(zhì)結(jié)構所產(chǎn)生的碳纖維在不同領域的應用充滿著未知的樂趣，隨著相關研究的進展，生物質(zhì)碳纖維或許在未來的碳纖維應用領域扮演著重要的角色。
參考資料：
張長存.生物質(zhì)碳材科的制備及其性能研究
張濤.生物質(zhì)碳材料的制備及其超電容性能研究
張成鉞.生物質(zhì)碳材料的制備及電化學性能
盧清杰.生物質(zhì)碳材料及其研究進展
劉天一.生物質(zhì)碳基超級電容器電極材料制備及性能
南吉星.生物質(zhì)碳基復合材料的制備及其超級電容器性能研究
