近日，我校材料学院张双保教授团队的研究成果以“Hierarchical electrodes with superior cycling performance using porous material based on cellulose nanofiber as flexible substrate”为题发表于国际顶级学术期刊《Carbohydrate Polymers》（中科院一区，影响因子：10.7）。
化石燃料的消耗及其引发的环境污染问题突显了开发可持续能源资源的必要性，以及超级电容器等能源储存和转换系统的重要性。在制造能源储存装置时使用可再生的生物质环保材料，有助于减少能源储存和转换过程中对环境的影响。纤维素纳米纤维（CNF）作为一种储量丰富、来源广泛的生物质可持续纳米材料，凭借其出色的生物相容性、优异的机械性能以及广泛的兼容性，在电极制造领域展现出广阔的应用前景。迄今为止，CNF已被广泛研究用于各种类型的柔性储能设备的研究与开发中。
该团队利用压力梯度辅助的逐层自组装（LbL）技术将带正电的聚乙烯亚胺（PEI）和带负电的导电聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）交替沉积在CNF多孔材料表面，构建了一种新型柔性电极材料。该材料兼具优异的机械柔韧性和刚性支撑，不仅有利于构建高比表面积的三维网络结构，从而促进电荷存储，还能通过减少PEDOT：PSS的体积变化来延长电极的循环寿命。此外，PEI的电解质润湿性优异，有助于电极内的高效电荷传输。试验结果表明：含有10层PEI/PEDOT：PSS双层膜的电极在5 mV s-1的扫描速率下表现出63.71 F g-1的电容，并在经过3000次充放电循环后保持高达128%的电容保持率。对LbL多层结构纳米级层的深入研究显示：优异的循环性能主要归因于刚性气凝胶层状结构对PEDOT：PSS的空间限制作用。本研究工作有望为开发高电荷储存能力和超长循环寿命的生物质柔性电极做出重要贡献。
材料科学与技术学院博士研究生杜珂珂为论文第一作者，张双保教授为通讯作者，新濠天地赌博|北京林业大学为第一署名单位。该工作得到了国家自然科学基金（32171707）和国家重点研发计划（2023YFD2202102）的资助与支持。
