近期，我校轻工科学与工程学院（柔性电子学院）陈咏梅教授团队杨洋副教授课题组聚焦生物质资源高值化利用，在生物质基凝胶电解质领域取得重要进展，相关成果在ACS Energy Letters、ACS Nano上发表。
近年来，对化石燃料资源的日益担忧激发了对开发可用于先进电化学储能设备的绿色、可再生材料的需求。生物质材料具有独特的层级结构和物理化学性质，可作为发展可持续能源的强有力的平台，在超级电容器的凝胶电解质中得到了广泛的应用。在这篇综述中，课题组概述了各种天然高分子的结构和特性，讨论了超级电容器的的储能机制，并评估了用于超级电容器的凝胶电解质的评价指标，着重分析了天然高分子材料在凝胶电解质中发挥的作用。此外，还概述了用于超级电容器的天然高分子基水凝胶电解质的最新电化学性能及其它多种功能，同时强调了当前的技术挑战和潜在的解决方案。本文旨在全面综述天然高分子基水凝胶电解质的最新进展，重点介绍了有关绿色和可持续超级电容器的研究以及进一步发展的潜在路径。相关成果以“Recent Advances in Biopolymer-Based Hydrogel Electrolytes for Flexible Supercapacitors”为题发表在《ACS Energy Letters》期刊上。
机械性能和离子传输性能是凝胶电解质的核心性能指标，对其应用性能和稳定性具有重要影响。尤其在水凝胶中，高含水量虽然能够提供更好的离子传输通道，但却往往导致机械强度显著下降。与此同时，为了提高机械性能，通常需要增加水凝胶的交联度，但过高的交联程度会导致离子通道的缩小，从而影响其离子传输能力。这种“性能需求互斥”的现象使得在水凝胶电解质的设计中，如何在保持较高机械强度的同时确保良好的离子传导性成为一项极具挑战的任务。为此，课题组研究了一种利用具有弱离子相互作用的层状细菌纤维素网络制备高强度、高离子导电的水凝胶（IBVA）的简单方法。具体来说，具有高结晶度和机械强度的细菌纤维素（BC）膜被用作水凝胶基质的坚固骨架。同时，引入具有“盐溶”作用的阴离子（HCOO-），调整聚合物的聚集状态，使聚合物-离子-溶剂形成弱氢键相互作用，最终形成“硬-软-硬”互锁的层次结构。该策略使水凝胶能够实现105 ± 5 mS cm-1的超高离子电导率，同时能够满足机械强度需求（0.78 MPa），优于大多数报道的水凝胶电解质。此外，IBVA作为超级电容器的电解质，表现出良好的柔韧性、广泛的温度适应性、界面稳定性和稳定的电化学性能。相关研究成果以“Design of Hydrogel Electrolytes Using Strong Bacterial Cellulose with Weak Ionic Interactions”为题发表在《ACS Nano》期刊上。
(核稿：刘国栋 编辑：赵诚)
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