随着能源需求的激增和全球变暖的加重,可再充电的离子电池作为最有前途及最有效的电化学储能系统获得了大众的认可。其中,锂离子电池（LIBs）发展最为成熟,应用最为广泛,但由于金属锂资源短缺且分布不均,让它的大规模使用受到了约束。同一族的钾不但有相似的理化性质,而且资源更充足,因此开发高性能的钾离子电池（PIBs）更具有实际意义。而生物质材料成本低、来源广、环境友好,其衍生的硬碳材料在离子电池中更是体现出高储存容量和长循环稳定的特点。本文以益生菌生物质为前驱体,通过高温碳化及改性调控后,用作钾离子电池的高效负极材料。具体研究内容如下:1、创新性的利用益生菌菌体表面的含氧基团以及其分级多层次结构,以益生菌固体粉末为前驱体,通过高温无氧碳化和混酸官能团化进行了多孔硬碳材料的制备,探究了碳化温度和含氧官能团含量对碳材料结构性质及电化学性能的影响,调控碳化温度区间为700℃-900℃。结果表明,800℃时其衍生碳（PBC-800）的比容量最高,循环稳定性最好。100 m A g-1重复充放电100次后,可逆比容量仍旧有210 m Ah g-1。通过物相分析发现,这是因为在不同的碳化温度下材料的结构性质不尽相同。基于此,我们又通过HNO3/H2SO4处理,在PBC-800的基础上进行了不同含量含氧官能团的修饰,利用他们对K+的吸附作用,制备出了容量明显提高的多孔硬炭材料,具有更优异的速率性能。2、我们以珊瑚为原型,模仿其触手捕食的原理制备了氮掺杂碳纳米管@生物质碳珊瑚状仿生碳复合材料,来提升生物质碳对钾离子的捕获及倍率性能。具体操作如下:以Na Cl为模板,与益生菌混合研磨后800℃碳化,获得了具备高比表面积的三维网络状框架碳。将上述碳材料在表面活性剂PVP、硝酸钴、尿素的甲醇溶液中浸泡,干燥后二次碳化。其中金属钴离子作为催化剂,尿素提供氮和碳,促成氮掺杂碳纳米管的生长。这实现了无定形碳与石墨碳的结合。从结构上讲,这样的复合材料具有更大的比表面积,促进了电解质渗透和电荷传输,同时维持了材料的结构稳定性。从储钾机理上讲,该复合材料有效结合了吸附和插层机理,提供了更多的活性位点,延缓了体积膨胀。其中高分散的钴纳米颗粒与碳形成异质结面,在Co-N键的存在下,有效降低了K+的扩散势垒。将该材料用作PIBs负极时呈现出杰出的性能,100 m A g-1循环500个周期后仍有高达196.5 m Ah g-1的比容量。最后我们通过动力学分析,进一步证明了其优异性能的原因。