太阳能驱动的生态友好型超级电容器：基于农业生物废料预碳化多孔碳电极的高性能储能经济方案

本文创新性地利用马铃薯皮等农业废弃物制备生物质衍生多孔碳（PBC），构建了光伏-超级电容器（PVSCs）混合系统。该系统集成染料敏化太阳能电池（DSSC，转换效率5.6%）和全固态对称超级电容器（ASSC，比电容456.0 F/g），采用PVA-Na2SO4凝胶电解质，实现3.935%的综合能量转换存储效率，为可持续能源存储提供了低成本、环保的解决方案。

　　

亮点

本研究开创性地将马铃薯皮等农业废弃物转化为高性能生物质衍生多孔碳（PBC），通过简单碳化工艺制成具有异质孔结构的片状材料。扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析显示，PBC-700°C、800°C和900°C样品均呈现独特的蜂窝状多孔形貌，这种结构为电荷存储提供了理想的三维传导网络。

材料特性表征

X射线衍射（XRD）图谱在24°和43°处出现典型碳材料宽峰，证实无定形石墨结构的形成。拉曼光谱ID/IG值（1.03-1.12）表明材料具有丰富的缺陷位点，有利于电解质离子吸附。氮气吸附测试显示PBC-800°C样品具有最高比表面积（1,298 m²/g）和孔体积（0.86 cm³/g），这些"纳米反应器"显著提升了电化学活性。

电化学性能

在三电极体系中，PBC-800°C电极在1 A/g电流密度下展现456 F/g的超高比电容，优于商业活性炭（~200 F/g）。组装的ASSC器件在PVA-Na₂SO₄凝胶电解质中实现15.8 Wh/kg的能量密度，10,000次循环后电容保持率达88.6%，展现出"双电层-赝电容"协同储能机制。

集成系统创新

通过智能电路设计将DSSC（转换效率5.6%）与ASSC耦合，构建出自供电PVSCs系统。在模拟太阳光下，该系统实现70.27%的能量存储效率，0.724 F/cm²的面电容，成功演示了从"农场废弃物→储能材料→太阳能利用"的绿色技术闭环。

结论

该研究不仅开发出"变废为宝"的PBC制备策略，更通过器件级创新将光伏发电与超级电容储能有机整合。这种"农业废弃物碳化+固态电解质+界面工程"的技术路线，为发展柔性可穿戴能源设备提供了新思路。