加拿大多伦多大学颜宁教授团队和Keryn Lian教授团队:木质纤维素复合超级电容器电极助力绿色、高性能、柔性可穿戴设备

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当今社会对可穿戴电子设备的需求与日俱增，对其中的柔性储能设备亦是如此。例如待机时间长，穿戴舒适性高，充电速快，使用寿命长，以及可持续的安全材料等。所以，开发高性能柔性复合超级电容器电极就尤为重要。

加拿大多伦多大学颜宁教授团队和Keryn Lian教授团队近期开发了一种在含木质素的纳米纤维素 （LCNF）基体上复合还原石墨烯（rGO）和聚苯胺（PANI）的超级电容器柔性电极。成果发表在ChemSusChem并被选为VIP文章。此研究第一次证明，木质纳米纤维素不仅能起到柔性电极的整体支撑作用，提高机械强度与柔性， 还能极大的增强电容储能功能；并且通过对比不含木质素，仅含纳米纤维素的电极参照实验发现，含木质素的纳米纤维素还极大地提高了电极的能量密度。此能量密度的提升可以归功于木质素中富含的醌基（quinonic groups）在氧化还原反应中的活跃性能。用含木质素的纳米纤维素 （LCNF）复合的还原石墨烯提升了电极整体导电性，其聚苯胺更加提高了电极的能量密度。实验表明，优化后的复合电极在1mV/s的扫描速度下提供了733F/g的比电容，优异的功率密度及长循环寿命。复合电极本身的能量密度及功率密度高于诸多在文献中含碳和聚苯胺的柔性电极。基于复合电极而组装的对称柔性薄膜电容器更是展示了在180°弯曲条件下稳定的电容器充放电性能。在文中的一项拓展研究中，应用此复合电极为正极并搭配锌负极而开发的非对称双电解液（dual-pH electrolyte）超电器件实现了在水体系中达到2.3V的有效电芯电压，极大的提升了电芯能量密度。



单电极和器件的优异性能都证实了此基于含木质素的纳米纤维素 (LCNF) 所开发的复合薄膜柔性超级电容器电极在下一代绿色，高性能，柔性可穿戴设备中应用的广阔前景。文章也着重论证了环保绿色材料如木质素纳米纤维素在电化学储能领域的重要作用。

论文信息：

Lignin Cellulose Nanofibrils as an Electrochemically Functional Component for High‐Performance and Flexible Supercapacitor Electrodes

Dr. Nicolas R. Tanguy, Dr. Haoran Wu, Dr. Sandeep S. Nair, Prof. Keryn Lian, Prof. Ning Yan

https://doi.org/10.1002/cssc.202002558

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