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  超級(jí)電容器由于其高功率密度、快速充放電能力、長(zhǎng)循環(huán)壽命等展現(xiàn)出相當(dāng)大的能量存儲(chǔ)潛力。隨著與合成化合物相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題日益增加，利用環(huán)境友好型生物聚合物替代傳統(tǒng)的石油基材料已被廣泛研究。生物質(zhì)基材料具有可生物降解、可再生、環(huán)保和無(wú)毒的特點(diǎn)。其獨(dú)特的分級(jí)納米結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的力學(xué)性能和親水性使其能夠被用來(lái)制備具有精確控制結(jié)構(gòu)和不同性質(zhì)的功能性導(dǎo)電材料。該論文對(duì)生物質(zhì)基超級(jí)電容器材料的最新發(fā)展進(jìn)行了評(píng)述和討論。

圖1. 論文封面

  論文概述了超級(jí)電容器領(lǐng)域基于生物聚合物材料的研究進(jìn)展；討論了生物聚合物的物理和化學(xué)特性，以及超級(jí)電容器的分類(lèi)和基本原理。此外，本文還全面探討了生物質(zhì)材料的最新具體應(yīng)用，包括電極材料和電解質(zhì)材料。最后，討論了該領(lǐng)域現(xiàn)有的挑戰(zhàn)，并探討了未來(lái)的發(fā)展方向。此論文入選了Aggregate期刊2023年高下載量論文，并被選為封面論文，封面如圖1所示。

1. 生物質(zhì)材料的特性

圖2. 超級(jí)電容器中常用生物聚合物的結(jié)構(gòu)

2. 超級(jí)電容器的工作原理

  超級(jí)電容器由幾個(gè)關(guān)鍵部分組成，包括正極、負(fù)極、電解質(zhì)、及非導(dǎo)電隔板（防止兩個(gè)電極之間短路）和兩個(gè)將電極連接到外部電路的集流器，如圖3所示。

圖3. 超級(jí)電容器和其他儲(chǔ)能設(shè)備的比較及其工作機(jī)制

3. 生物質(zhì)材料應(yīng)用于超級(jí)電容器

圖6. 生物質(zhì)材料應(yīng)用于超級(jí)電容器電極

圖7. 生物質(zhì)材料應(yīng)用于超級(jí)電容器電解質(zhì)

  本文全面總結(jié)了將生物質(zhì)材料應(yīng)用于柔性超級(jí)電容器的最新進(jìn)展�？偨Y(jié)內(nèi)容包括生物聚合物的物理和化學(xué)特性、生物聚合物對(duì)超級(jí)電容器性能的影響、相關(guān)超級(jí)電容器的工作機(jī)制及應(yīng)用。盡管近年來(lái)基于生物質(zhì)的超級(jí)電容器復(fù)合材料取得了重大突破，但在這些超級(jí)電容器設(shè)備廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域之前，仍有許多挑戰(zhàn)需要解決。首先，在超級(jí)電容器中應(yīng)用生物質(zhì)基材料的主要限制之一是目前缺乏成熟和大規(guī)模制造這些材料的可行技術(shù)。例如，納米纖維素需要復(fù)雜耗時(shí)的加工步驟（如冷凍干燥），才能制備出薄膜/納米紙、纖維和氣凝膠等功能性自支撐結(jié)構(gòu)。將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為碳材料的過(guò)程所使用的化學(xué)品和熱處理成本都很高等。此外，電解質(zhì)與電極材料的相容性對(duì)超級(jí)電容器的性能影響很大。目前，對(duì)電極和電解質(zhì)之間的兼容性描述較少。因此，有必要建立一種原位監(jiān)測(cè)技術(shù)，以評(píng)估界面電荷分布和結(jié)構(gòu)演變，從而預(yù)測(cè)電極和電解質(zhì)之間的兼容性，確保它們相互匹配。未來(lái)的努力目標(biāo)是盡量減少對(duì)化石能源的依賴(lài)，采用生態(tài)友好型制備方法，并生產(chǎn)出具有成本效益、高性能和耐用性的超級(jí)電容器材料。毫無(wú)疑問(wèn)，開(kāi)發(fā)用于儲(chǔ)能裝置的生物質(zhì)材料具有巨大潛力。開(kāi)發(fā)新的材料合成策略、功能性?xún)?chǔ)能裝置（如高能量密度柔性可穿戴超級(jí)電容器等）可能是未來(lái)的發(fā)展方向。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1002/agt2.428