香蕉叶衍生多孔碳材料的高效超级电容器应用：实验分析与性能突破

本研究针对生物质能源转化与储能材料开发的关键问题，通过KOH化学活化法将香蕉叶转化为具有1260 m2/g高比表面积的层级多孔碳（BLAC），用于超级电容器（SCs）电极。实验表明BLAC900在0.3 A/g电流密度下实现391.3 F/g的比电容，循环5000次后容量保持率达96%，为农业废弃物高值化利用及高性能SCs开发提供新策略。

　　

在全球能源危机与环境污染的双重压力下，开发可持续、低成本的储能材料成为科研热点。超级电容器（SCs）因其高功率密度和长循环寿命备受关注，但其能量密度不足的核心瓶颈与电极材料密切相关。传统化石基碳材料面临资源枯竭问题，而农业废弃物衍生碳材料兼具环境友好与结构可调优势。然而，现有生物质碳制备工艺复杂，且难以平衡比表面积（SSA）与离子传输效率的矛盾。香蕉作为全球年产量1.5亿吨的作物，其叶片富含纤维素（26%）和木质素（25%），是理想的碳前体，但相关研究仍存在活化温度优化不足、电化学机制不明等问题。

为解决上述挑战，Mepco Schlenk工程学院和Dhanalakshmi工程学院的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，通过精准调控KOH活化温度（700-900°C），将香蕉叶转化为分级多孔碳（BLAC），系统考察其微观结构与电化学性能的关联。研究采用管式炉氮气保护热解、化学活化（KOH）、扫描电镜（SEM）、拉曼光谱等技术，结合三电极体系测试比电容与循环稳定性。

材料与表征
预碳化香蕉叶粉末经KOH活化后，SEM显示BLAC900形成贯通性孔道结构。氮气吸附测试揭示其SSA达1260 m²/g，介孔占比29%，有效平衡离子存储与传输需求。拉曼光谱ID/IG值（1.03）表明适度石墨化程度，XRD证实无定形碳与微晶石墨共存特征。

电化学性能
在6M KOH电解液中，BLAC900电极展现最优性能：0.3 A/g电流密度下比电容达391.3 F/g，显著高于BLAC700（154.7 F/g）。EIS测试显示其电荷转移电阻（R_ct）最低（1.2 Ω），归因于介孔加速离子扩散。5000次充放电后容量保持率96%，优于多数报道的生物质碳材料。

实际应用验证
组装的硬币型超级电容器成功驱动LED灯组（蓝/红/白光）持续工作2分钟，证实其工程应用潜力。

结论与意义
该研究创新性提出香蕉叶-KOH活化协同策略：高温（900°C）活化促使KOH与生物质组分深度反应，形成微-介孔协同的层级结构，其中微孔提供高SSA（1260 m²/g），介孔（2-50 nm）作为离子高速通道。这种“农业废弃物-高性能电极”转化模式，不仅实现生物质废弃物的增值利用（每吨香蕉叶可产碳材料约300 kg），更推动绿色能源存储器件发展。研究为设计“孔结构-电化学性能”关联的生物质碳材料提供普适性方法，对实现“双碳”目标具有重要实践价值。