超级电容器由于其高功率密度、快速充放电能力、长循环寿命等展现出相当大的能量存储潜力。随着与合成化合物相关的环境问题日益增加，利用环境友好型生物聚合物替代传统的石油基材料已被广泛研究。生物质基材料具有可生物降解、可再生、环保和无毒的特点。其独特的分级纳米结构、优异的力学性能和亲水性使其能够被用来制备具有精确控制结构和不同性质的功能性导电材料。该论文对生物质基超级电容器材料的最新发展进行了评述和讨论。

图1. 论文封面

  论文概述了超级电容器领域基于生物聚合物材料的研究进展；讨论了生物聚合物的物理和化学特性，以及超级电容器的分类和基本原理。此外，本文还全面探讨了生物质材料的最新具体应用，包括电极材料和电解质材料。最后，讨论了该领域现有的挑战，并探讨了未来的发展方向。此论文入选了Aggregate期刊2023年高下载量论文，并被选为封面论文，封面如图1所示。

1. 生物质材料的特性

图2. 超级电容器中常用生物聚合物的结构

2. 超级电容器的工作原理

  超级电容器由几个关键部分组成，包括正极、负极、电解质、及非导电隔板（防止两个电极之间短路）和两个将电极连接到外部电路的集流器，如图3所示。

图3. 超级电容器和其他储能设备的比较及其工作机制

3. 生物质材料应用于超级电容器

图6. 生物质材料应用于超级电容器电极

图7. 生物质材料应用于超级电容器电解质

  本文全面总结了将生物质材料应用于柔性超级电容器的最新进展。总结内容包括生物聚合物的物理和化学特性、生物聚合物对超级电容器性能的影响、相关超级电容器的工作机制及应用。尽管近年来基于生物质的超级电容器复合材料取得了重大突破，但在这些超级电容器设备广泛应用于各个领域之前，仍有许多挑战需要解决。首先，在超级电容器中应用生物质基材料的主要限制之一是目前缺乏成熟和大规模制造这些材料的可行技术。例如，纳米纤维素需要复杂耗时的加工步骤（如冷冻干燥），才能制备出薄膜/纳米纸、纤维和气凝胶等功能性自支撑结构。将生物质转化为碳材料的过程所使用的化学品和热处理成本都很高等。此外，电解质与电极材料的相容性对超级电容器的性能影响很大。目前，对电极和电解质之间的兼容性描述较少。因此，有必要建立一种原位监测技术，以评估界面电荷分布和结构演变，从而预测电极和电解质之间的兼容性，确保它们相互匹配。未来的努力目标是尽量减少对化石能源的依赖，采用生态友好型制备方法，并生产出具有成本效益、高性能和耐用性的超级电容器材料。毫无疑问，开发用于储能装置的生物质材料具有巨大潜力。开发新的材料合成策略、功能性储能装置（如高能量密度柔性可穿戴超级电容器等）可能是未来的发展方向。

  文章链接：https://doi.org/10.1002/agt2.428