實現淨零碳排放是全球共同關注的可持續發展目標。各國政府通過立法、財政政策、產業發展等多方面政策來減少溫室氣體排放。近年來，我國政府也積極推動太陽能、風力等潔淨再生能源的發展，希望提高綠色電力在全國電網中的比例。然而，可再生能源發電存在間歇性和不確定性，受到場址條件和天氣影響較大，因此電力儲存技術的發展至關重要，能夠平穩調節發電波動和電網供需失衡。

目前主流的電力儲存技術包括電池和超級電容器。電池具有高能量密度的優勢，但功率密度較低，且充放電效率和循環壽命需要提升；而超級電容器則具有高功率密度和長循環壽命的特點，但能量密度較低。因此，在實際應用中，常常將這兩種儲能裝置結合使用，發揮彼此的協同優勢，彌補各自的不足。例如，在新能源汽車領域，動力電池提供持久的能量支撐，而超級電容器在高功率工況下提供輔助能量；在智慧電網系統中，大型電池儲能裝置用於調節負載差異，而超級電容器則應用於快速響應場景。不論是在電網運營還是用戶端調節方面，超級電容器都能提高系統靈活性和可靠性。因此，超級電容器在促進能源結構調整、提高可再生能源利用效率方面扮演著重要角色，提升其能量密度水平是未來發展的重要課題之一。

傳統碳材料如石墨、石墨烯、活性碳等被廣泛應用於電池和超級電容器的正負極製備，展現出優異的電化學儲能性能。然而，這些碳材料的前驅體主要來源於化石燃料資源，例如煤炭、石油焦等，在開採和加工過程中會產生大量溫室氣體排放，對環境造成不利影響，與當前可持續發展的要求形成矛盾。了解決這一問題，本研究群提出以黃麻等生質資源取代傳統碳源，製備新型生物質碳電極材料。黃麻屬於可再生植物纖維，種植週期短、生長迅速，能夠持續為生質碳提供源源不斷的環保原料補給。

下圖為利用黃麻作為前驅體，經過優化的碳化活化工藝製備而成的生質碳材料的掃描式電子顯微鏡圖，其具有極具特色的多孔形貌和優異的比表面積。此黃麻基多孔生質碳的比表面積高達1675 m²/g，是傳統活性碳的1.5倍以上，如此高的比表面積不僅為生質碳提供了大量的電化學活性位點和離子吸附區域，而且構成的多級孔隙系統也為離子的快速傳輸提供了有效通道。

下圖為黃麻生質碳經活化處理後的穿透式電子顯微鏡圖，可發現生物碳經氮電漿處理後，不僅增加碳材料的孔隙量和孔徑大小，更從中衍生出石墨烯結構，形成了生物質衍生活性碳/石墨烯複合材料。已知石墨烯具有極高的電子遷移率，賦予碳材料優異的電子傳導性能，將有助於提升電極的電化學反應動力學。

本研究群所製備的活性碳/石墨烯複合材料的比電容值高達355 F/g（在1 A/g下）。更為驚人的是，在後續採用電漿改性技術將氮原子掺雜入碳材料骨架結構後，賦予材料額外的電容貢獻，使其比電容值進一步提升至475 F/g（在1 A/g下）的優異水平。除卓越的比電容性能外，該複合材料還展現出長循環壽命的特點，在極端苛刻的20 A/g大電流充放電條件下進行5000次循環測試後，材料仍能保持約91%的初始電容量，充分體現出其優異的電化學穩定性和使用可靠性。這些成果顯示了活性碳/石墨烯複合材料在超級電容器領域具有極大的應用潛力，同時也為潔淨能源技術的發展做出了重要貢獻。