主要观点总结
本文综述了生物质基炭材料（BDCMs）在固态超级电容器（SSCs）中的应用，包括其合成方法、储能机制以及环境效益。文章还探讨了机器学习（ML）与3D打印技术在BDCMs领域的挑战和未来发展，并指出了BDCMs在实现联合国可持续发展目标（UN SDGs）中的重要作用。
关键观点总结
关键观点1: BDCMs作为SSCs电极材料的潜力
低成本、优异化学和机械稳定性、出色导电性以及高应用可行性使得BDCMs在SSCs中具有巨大潜力。
关键观点2: 传统与新兴合成方法的探讨
文章深入探讨了BDCMs基电极材料的传统与新兴合成方法，并详细阐述了其储能机制。
关键观点3: 机器学习（ML）与3D打印技术的挑战和机遇
ML与3D打印技术为精确制造具有卓越电化学性能的BDCMs提供了闭环式的指导策略，但面临的主要挑战也被详细讨论。
关键观点4: 环境效益评估
从全生命周期的角度出发，文章评估了BDCMs基SSCs的环境效益，并强调了其在实现能源安全与生物质资源可持续利用中的重要性。
关键观点5: 未来发展趋势和挑战
文章指出了未来的发展应聚焦于材料研发与前沿科技的有机结合、生物质转化的标准化以及基于BDCMs的SSCs环境效益与经济可行性的全面评估。
正文
生物质基炭材料（BDCMs）凭借其低成本、优异的化学和机械稳定性、出色的导电性以及较高的应用可行性而被视为极具潜力和实用价值的固态超级电容器（SSCs）电极材料。
近年来，众多研究聚焦于探索将生物质可持续转化为高性能SSCs电极材料的路径。
本综述旨在深入探讨BDCMs基电极材料的传统与新兴合成方法。
同时，本文也详细阐述了BDCMs在SSCs中的储能机制，并总结在提升SSCs性能方面所取得的最新研究进展，旨在通过实用且高效的方法优化电极材料的制备工艺，进而提升其实际性能。
作为新材料发现与设计领域的两大前沿科技手段，机器学习（ML）与3D打印技术为精确制造具有卓越电化学性能的BDCMs提供了闭环式的指导策略，本文深入探讨了ML与3D打印在BDCMs领域应用时所面临的主要挑战，为潜在创新和未来发展提供关键指引。
此外，还从全生命周期的角度出发，评估了BDCMs基SSCs的环境效益，强调了BDCMs对于巩固能源安全与实现生物质资源可持续利用的重要意义。
最后，本文对前述内容进行了全面总结，并指明了未来的发展方向，为后续的科学研究和政策制定提供了宝贵的参考与指导。
将生物质可持续地转化为高性能SSCs电极材料，将为实现联合国可持续发展目标（UN SDGs）中的第7、11、12和13项做出积极贡献。
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综述了生物炭基高性能电容炭材料的技术进展，并阐述了目前存在的主要挑战以及未来发展趋势。
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人工智能（如机器学习、3D打印）赋能新型生物炭基材料开发与应用研究。
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碳中和背景下，亟需开展对生物炭基电极材料用于固态超级电容器的环境效益与经济可行性评价。
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生物炭基储能材料具有良好的应用前景，是实现生物质处理及资源高值化的有效手段。
图4 BDCMs的常规合成方式和基于数据驱动合成方式的对比图
图6 五种不同SSCs电极材料对于环境影响的分析结果
图7 生物质转化为炭材料用于SSCs，巩固能源安全并实现联合国可持续发展目标7
、11-13
BDCMs凭借其可再生性
、
环境友好性和卓越的电化学性能，正在引领储能领域的一场革新。全球范围内对可再生能源和高效储能解决方案的需求持续攀升，为SSCs市场注入了前所未有的增长动力。尽管前景广阔，仍有一些尚未解决的问题限制其规模化应用。因此，未来的发展应聚焦于以下几个关键方向：
（1）将材料研发与前沿科技有机结合，ML与3D打印高效融合将加速推进生物炭基SSCs商业化进程，但ML与3D打印技术融合在生物炭基SSCs领域的应用面临着诸多挑战。
（2）循环经济驱动下的生物质转化助力实现UN SDGs，也是未来资源创新研究的重要方向。但生物质的多样性、区域性和季节性为开发标准化的生物质高值利用技术带来了巨大挑战。
（3）碳中和的背景下，全面评估基于BDCMs的SSCs在环境效益与经济可行性方面的综合表现，对于推动其商业化进程具有重要意义。
东南大学能源与环境学院青年首席教授
、
博士生导师，国家高层次青年人才入选者。长期从事于生物质及有机固废热化学转化、
CO₂
捕集与利用(光热、酶电催化等)、生物炭基储能炭材料、绿氢制备与工艺评价等
。
赞助基金项目
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国家重点研发计划课题（2023YFB4203704）
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东南大学研究启动基金（RF1028623274）
文章链接：
https://doi.org/10.1039/D4CC04762A
