纤维素基复合材料作为电解质的应用

电池作为一系列应用广泛的产品，被用作高能量低功耗的储能设备。相比之下，超级电容器作为一种低能量、高功率的器件，是满足高功率脉冲要求的理想器件。因此，超级电容器因其强大的密度和持久的生命周期吸引了人们作为储能设备的注意。基于电荷存储的机制使超级电容器具有以下类型:第一，具有电双层的电容器，它将电荷存储在电极/电解质界面上的电场中;第二，伪电容器，它利用电极上的可逆快速法拉第反应来存储能量。通常，传统的超级电容器由双电极(带有活性物质的集电极)、电解质和液体分离器组成。液态电解液基超级电容器具有漏液、自放电、电极易腐蚀、体积大、低温可操作以及具有挑战性的形状设计韧性等缺点。基于这些缺点，一种将聚合物分离器和液体电解质结合为均匀凝胶相，并具有稳定的电化学特性、较高的离子电导率和优异的力学性能的凝胶聚合物电解质被制备出来。

Chen等研制了一种含锌盐硼砂交联聚乙烯醇/纳米纤维素水凝胶电解质，该电解质具有良好的力学性能、自愈合特性和高离子电导率。为了验证这种水凝胶电解质的可行性，将水凝胶电解质、纤维素纸阴极和锌金属阳极组装成柔性准固态锌离子混合超级电容器。这个装置可以结合锌电池和超级电容的优点。它具有较高的容量，良好的速率能力(22.1 mA h g在10 mA cm)，以及良好的循环性能(在5000次循环中保持95.3%的容量)。它也可以被折叠、弯曲、压缩，甚至自我修复。这项工作开启了柔性能量储存的新可能性。

制造高度耐用，灵活，全固态的超级电容器（ASC）仍然具有挑战性。天然/人造纤维纺织品因其出色的理化特性而被认为是柔性ASC的潜在材料。Li等通过使用负载聚苯胺的石墨烯包裹的聚酯纤维作为柔性电极和细菌纤维素（BC）纳米纤维增强的聚丙烯酰胺作为水凝胶电解质来设计高性能的ASC。ASC将能够任意变形的纺织电极与具有高离子电导率（125 mS cm），高抗张强度（330 kPa）和超弹性（可拉伸性高达≈1300％）的BC增强水凝胶结合在一起，产生了在电极和电解质之间具有高稳定性/兼容性的设备，该设备符合柔性电子产品。结果，该ASC可提供564 mF cm的高面积电容，出色的倍率能力，良好的能量/功率密度，更重要的是，卓越的机械性能在反复弯曲后不会显着降低电容，从而证实了ASC在机械状态下的功能形变。这项工作证明了足够坚固的储能装置的有效设计，在真正的可穿戴应用中显示出巨大的潜力。  

Ding等设计了一种能够有效稳定锂金属电池离子沉积的超坚固复合凝胶电解质(CGE)。通过将细菌纤维素(BC)和LiLa7TiO纳米线(LLTO NWs)复合到气凝胶中，制备了具有三维互联的高孔结构和与液体电解质良好亲和的凝胶电解质基体。复合气凝胶具有良好的润湿性和液体电解质吸附性，生成的CGE杨氏模量为1.15 GPa，锂离子迁移数为0.88。更重要的是，强健的BC骨架和LLTO NWs的协同效应使离子稳定沉积，有效地抑制了锂枝晶的生长。即使在5 mA cm的高电流密度下，也能表现出1200 h的长周期寿命和高度稳定的性能。

为了解决目前超级电容器效率低、稳定性差的现状，Zhu等将再生纤维素纳米粒子应用于电解液中，轻松合成了一种高性能的固态超级电容器。以共聚聚乙烯醇(PVA)为聚合物基体，1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(BmimCFSO)为支撑电解质，氧化石墨烯为离子导电促进剂，再生纤维素纳米粒子为调节剂制备电解质。这种掺杂的离子凝胶显著提高了电荷转移电阻，因为均匀分布的再生纤维素纳米粒子使离子传输更加有序和稳定，从而大大降低了电荷转移电阻。所制备的纤维素基凝胶电解质使超级电容器的容量保持在80%左右，循环10000次后充放电效率保持在98%。

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