随着全球能源需求持续增长与“双碳”目标深入推进，开发可再生、可降解、低成本的储能功能材料成为材料科学与能源领域的研究热点。木质生物质作为储量最丰富的天然高分子资源之一，具有碳含量高、多孔结构可调、表面化学丰富及环境友好等优势，为高性能储能器件提供了绿色载体。学者们围绕木质生物质（纤维素、半纤维素、木质素及其衍生碳）在超级电容器、锂/钠离子电池、锂硫电池及锌离子电池等领域的应用开展了系统研究，取得了显著进展。本文基于最新文献，综述木质生物质基储能功能材料的构建策略、结构调控方法及其电化学性能，并展望其未来发展方向。

一、木质生物质的结构特性与储能优势

木质生物质主要由纤维素（40%–50%）、半纤维素（20%–30%）和木质素（20%–30%）构成，天然形成多级孔道和取向纤维结构。纤维素提供丰富的羟基，利于化学改性与掺杂；半纤维素可充当粘结剂和造孔牺牲模板；木质素则具有高碳含量和芳香环结构，是制备硬碳和掺杂碳的理想前驱体。这些特性使木质生物质成为可直接用于电极、隔膜、电解质及粘结剂的“一体化”储能材料平台，避免了传统石油基材料的不可再生和环境污染问题。

二、面向超级电容器的木质生物质多孔碳

超级电容器要求电极材料具有高比表面积、适宜孔径分布和优良导电性。最新研究通过活化法（KOH、ZnCl₂、H₃PO₄）、模板法及水热碳化等手段，将木质纤维素转化为分级多孔碳。例如，以木材、竹材或秸秆为原料，经预碳化和KOH活化后可获得比表面积超过2000 m²/g的介微孔碳，比电容达300–450 F/g。杂原子（N、S、P、B）掺杂能显著提升赝电容贡献和润湿性，其中原位掺杂（利用木质素中天然官能团或与含氮前驱体共热解）成为研究热点。柔性自支撑木质碳膜和木质碳气凝胶的兴起，为可穿戴柔性储能器件提供了新思路。

三、木质生物质硬碳用于锂/钠离子电池负极

石墨负极虽在锂离子电池中成熟应用，但资源受限且倍率性能一般；钠离子电池则缺乏合适的低成本负极。木质生物质中的木质素在高温碳化后易于形成无序硬碳，具有较大的层间距（>0.37 nm）和丰富的闭孔，有利于Na⁺存储。学者通过调控碳化温度（1000–1400°C）、预氧化处理、以及模板孔道工程，实现了木质硬碳的可控微晶结构与孔结构，钠离子电池可逆容量达300–400 mAh/g，首效提升至80%以上。针对锂离子电池，木质碳负极也展现出良好的循环稳定性。生物质碳与合金/转化型材料（如Sn、Fe₂O₃）复合，可缓解体积膨胀，进一步提升容量。

四、木质生物质衍生材料在锂硫电池中的应用

锂硫电池因理论能量密度高（2600 Wh/kg）而备受关注，但多硫化物穿梭效应和硫导电性差亟待解决。木质生物质的天然分级多孔碳可物理限域多硫化物，而异原子掺杂（N、O、S）则增强化学吸附与催化转化。最新研究将木质素磺酸盐或纤维素衍生的碳与MXene、金属有机框架（MOF）或过渡金属化合物复合，构建催化隔膜或宿主材料，显著提高硫利用率与循环寿命。木质纤维素隔膜经功能化改性后，能同时抑制穿梭并提高离子电导率。

五、水系锌离子电池中的木质生物质功能材料

锌离子电池具有安全性高、成本低和环境友好等特点。木质生物质材料在其中扮演多重角色：作为正极（如木质素衍生碳负载MnO₂）、负极保护层（多孔碳界面调控Zn沉积）、隔膜与凝胶电解质。例如，纳米纤维素增强的水凝胶电解质兼具高离子电导率和机械柔性；木质素基粘结剂可提升电极循环稳定性。相关研究显示，合理设计的木质生物质界面可有效抑制锌枝晶和副反应。

六、挑战与展望

尽管进展显著，木质生物质基储能材料仍面临若干挑战：①原料成分随种属和季节波动，导致材料一致性差；②孔结构和表面化学的精确调控与规模化放大之间存在矛盾；③部分活化或掺杂工艺使用强腐蚀性试剂，不符合绿色化学要求；④生物质碳负极的首次库仑效率与高压实密度尚未达到商业化标准。未来研究应聚焦以下方向：发展绿色温和的改性与掺杂方法（如酶解、等离子体、微波辅助）；借助机器学习与高通量筛选优化工艺参数；推进木质生物质全能器件（电极-电解质-隔膜一体化）的连续化制备；开展全生命周期评估，量化环境与经济效益。

木质生物质不仅为储能材料提供可再生碳源和功能骨架，更凭借其本征多级结构和化学可调性，成为连接可持续能源与绿色制造的理想桥梁。多学科交叉融合有望加速其从实验室走向产业化应用，为新一代储能技术贡献力量。