随着人类社会对能源的需求越来越大,全球能源危机日益加剧,急需开发新的能源来解决化石燃料面临耗尽的问题。二次电池这种可重复利用、环境友好、廉价的电能储存系统引起了广泛关注。目前,锂离子电池以其优异的电化学性能已被应用于电动汽车和便携式电子设备上。其中,钾与锂元素属于同一主族,具有与锂相似的理化性质,因而钾离子电池也成为了研究者讨论的热点。在本文中着重研究了生物质负极材料的储钾性能。生物质材料在自然界中分布广泛,可再生,且无毒无害,环境友好,是极具使用前景的碳材料的前驱体。我们采用土豆生物质作为前驱体,通过二次碳化得到了一种无定形多孔碳材料用作钾离子电池优秀的负极材料。具体研究内容包括以下两个方面:(1)使用资源丰富的土豆生物质通过二次碳化的方法合成了多孔碳负极材料。采用了X射线衍射分析(XRD)、拉曼光谱分析(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和N₂吸附脱附等温曲线方法研究了土豆生物质多孔碳(PBPC)的微观结构。采用电池测试系统和电化学工作站探究了PBPC材料的电化学性能,选用3M KFSI的钾盐溶质溶解在DME溶剂中作为电解液,制备了纽扣式钾离子半电池,研究了材料的储钾性能。实验发现在100 mA g^-1的电流密度下,可逆比容量达到了248 mA h g^-1,循环100圈后的容量保持率为91.7%,且在大倍率1000 mA g^-1下,仍有152 mA h g^-1的可逆比容量,展现了其优异的倍率性能。(2)研究了碳化温度对生物质材料的影响,在制备碳材料的过程中选择预烧完的土豆生物质作为前驱体,调控碳化温度区间为900-1100°C。结果表明,不同的碳化温度影响了生物质材料的结构性质。在二次碳化温度为1000°C时,土豆所制备出的多孔碳材料PBPC-1000表现出了更高的充放电比容量和更优异的倍率性能,为了进一步探究其优异性能的原因,测试了PBPC-900,PBPC-1000以及PBPC-1100在不同扫速下的循环伏安曲线,分析了电极反应过程中电子和离子的动力学特性并计算出K⁺在不同电极材料的扩散系数。结果充分证明了碳化温度在1000°C土豆生物质材料的储钾性能最好。