碳材料廣泛應用於電極材料，例如碳納米管和石墨烯等。然而，製備嚴重依賴基於化石燃料的前驅體，合成條件比較嚴苛，對環境壓力較大且生產成本較高。
自然界的生物質材料富含碳元素且有著獨特的天然微結構，因而可作為十分有潛力的碳材料前驅體，進而可成為性能良好的碳材料電極。此外，生物質碳材料因來源的廣泛性，因此在碳材料的應用中，生物質源碳材料具有可再生性、易加工性、可調控表面性能和相對低的成本等優勢而引起行業關注，得益於當前的能源政策，生物質碳材料在新型的儲能材料中有著不錯的應用前景。
生物質碳材料的結構
生物質碳材料因生物質源的多樣性，其微觀結構表現出相應的多樣性，如球形、纖維狀、片狀、管狀以及棒狀等。物質的性質由其結構所決定，不同的結構的碳材料，在內部孔隙、表面化學性質和力學性能等方面也有著較大的差異，因此其應用領域也略有不同。當前研究應用較為廣泛的多為球形結構、纖維狀、管狀及片狀等４種結構。
球形結構
在儲能領域中，電極材料的微觀物料特性越好，所製造的電池的性能也更優良。球形結構的生物質碳材料由於其出色的表面化學性質和獨特結構，在電極材料等儲能領域有著良好的應用前景。目前大多數表面光滑的球形生物質碳材料多以糖（蔗糖和葡萄糖）為原料製備。
純粹的球形生物質碳材料雖有良好的物理和化學性質，但仍有改良空間，通過與其他材料的複合可以進一步的增強其性能。
纖維狀結構
碳纖維（CFs）因其優異的導電性、較高的表面積、良好的柔韌性以及高抗拉強度，在高強度輕質複合材料、催化劑載體、生物化學、電磁屏蔽以及超級電容器、鋰離子電池、燃料電池和太陽能電池等領域有著較好的前景。自然界中，如亞麻、苧麻、莖皮、蓮蓬等具有纖維結構的生物質，能夠很好的製備出不同微觀結構的碳纖維材料，而不同微結構的碳纖維在共性以外也具有各自獨特的應用。
碳納米纖維的電鏡圖
管狀結構
管狀碳材料可為電子或離子傳送提供通道，還可形成緩衝空間，在充放電過程加速電解質離子從電解質溶液到電極內部孔隙的擴散與遷移，縮短離子擴散的路徑。具有中空管狀結構生物質材料可作為具有導電活性的碳材料前驅體。此外某些多糖類物質也可生產管狀結構碳材料。
熱解木質素的掃描電鏡圖
片狀結構
二維碳材料具有高縱橫比、優異導電性和良好機械性能的特性。採用某些獨特的生物質原料通過特殊的技術可以用來生產片狀結構的碳纖維材料，同時具有較高的縱橫比、良好的導電性和不錯的機械性能。
生物質碳材料的合成方法
已有的生物質碳材料製備方法主要有直接碳化法（高溫分解法）、活化法、水熱碳化法和模板法。
直接碳化法
髙溫碳化的目的是為了除去原料中的有機或者易揮發的成分從而得到具有的一定孔徑結構的碳材料，該過程中發生了一定程度的熱解和縮聚反應。一般植物類碳材料的熱解反應步驟：
（1）300-470Ｋ溫度階段：脫水過程，化學成分並未改變。
（2）470-770K溫度階段：熱解開始，產生大量焦油、氣體，化學成分開始改變，碳骨架形成。
（3）770-1120K溫度階段：熱解過程，產生大量反應物，碳骨架強化。
不同原料的熱解溫度也不相同，但是這些過程之間並沒有特別嚴格的界限。影響最後碳化結果和所得材料結構的因素有很多，比如碳化溫度、升溫過程、不同溫度階段的保溫時間和材料本身的結構和粒度等。
活化法
活化：反應前加入到材料中的活化成分與碳材料內部的碳原子之間發生理化反應消耗碳原子，同時生成金屬鹽或者揮發性氣體，進而產生豐富的孔結構。活化劑的選用、活化處理時間長短、活化反應溫度及活化劑的使用量都能夠影響活化的最後結果。
常用的活化方法分以下三種：
- 化學活化
化學試劑為活化劑，將其鑲嵌進入碳骨架，通過系列交聯或縮合聚合製備活性碳的方法。該方法所需活化時間短、活化反應過程易控制且產物的比表面積大。
- 物理活化
主要是以CO2、H2O等氧化性氣體作為活化成分，在活化過程中充入活化氣體，高溫反應階段能夠除掉反應過程中產生的非組織碳中間物質，並且也能夠與結構中的活性碳原子之間相互作用。
- 複合活化
物理活化和化學活化有效的結合，兩者的優點結合，但同時也有均勻性差，活化程度不好控制，有效性差等不足。
水熱碳化
水熱碳化過程中涉及的化學反應主要包括５個步驟：水解、脫水、脫羧、聚合和芳環化。該方法具有簡便、效率高和無汙染等優點。
模板法
以多孔材料作為模板，以含碳的生物質小分子為碳源，通過一定方法將碳源注入模板的孔道中，使其聚合、固化，然後通過高溫碳化形成碳和模板的混合體，最後除去模板而得到生物質碳的方法。此方法優點是可以通過選擇合適的模板和碳源來調控碳材料的孔徑。
生物質碳材料的研究現狀
用於超級電容器方面的研究
碳材料因具有高穩定性、良好的導電性和高SSA等性質而被運用於超級電容器電極材料。生物質碳材料具有無汙染、低消耗以及原料豐富等優點，此外還具有獨特的結構、較高的表面積以及良好的電化學性能，因此一些研究者開始考慮將生物質碳材料應用於超級電容器。
用於離子電池方面的研究
離子電池由於具有電壓高、比能量高、循環壽命長等優點廣泛用於電子產品等領域。目前的離子電池負極碳片的碳源主要為化石能源，所以一些研究者考慮將生物質碳材料作為離子電池負極碳片的原材料。
用於導電塗料方面的研究
生物質碳纖維具有與化石燃料生產的碳纖維一樣的導電特性，獨特的生物質纖維結構能夠使其與傳統的碳纖維有些不同，因此在導電塗料領域中也有著很大的潛力。
用於其他方面的研究工作
生物質碳纖維，在碳纖維應用領域都有著廣泛的研究前景，不同生物質結構所產生的碳纖維在不同領域的應用充滿著未知的樂趣，隨著相關研究的進展，生物質碳纖維或許在未來的碳纖維應用領域扮演著重要的角色。
張長存.生物質碳材科的製備及其性能研究
張濤.生物質碳材料的製備及其超電容性能研究
張成鉞.生物質碳材料的製備及電化學性能
盧清傑.生物質碳材料及其研究進展
劉天一.生物質碳基超級電容器電極材料製備及性能
南吉星.生物質碳基複合材料的製備及其超級電容器性能研究
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