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  超級電容器由于其高功率密度、快速充放電能力、長循環壽命等展現出相當大的能量存儲潛力。隨著與合成化合物相關的環境問題日益增加，利用環境友好型生物聚合物替代傳統的石油基材料已被廣泛研究。生物質基材料具有可生物降解、可再生、環保和無毒的特點。其獨特的分級納米結構、優異的力學性能和親水性使其能夠被用來制備具有精確控制結構和不同性質的功能性導電材料。該論文對生物質基超級電容器材料的最新發展進行了評述和討論。

圖1. 論文封面

  論文概述了超級電容器領域基于生物聚合物材料的研究進展；討論了生物聚合物的物理和化學特性，以及超級電容器的分類和基本原理。此外，本文還全面探討了生物質材料的最新具體應用，包括電極材料和電解質材料。最后，討論了該領域現有的挑戰，并探討了未來的發展方向。此論文入選了Aggregate期刊2023年高下載量論文，并被選為封面論文，封面如圖1所示。

1. 生物質材料的特性

圖2. 超級電容器中常用生物聚合物的結構

2. 超級電容器的工作原理

  超級電容器由幾個關鍵部分組成，包括正極、負極、電解質、及非導電隔板（防止兩個電極之間短路）和兩個將電極連接到外部電路的集流器，如圖3所示。

圖3. 超級電容器和其他儲能設備的比較及其工作機制

3. 生物質材料應用于超級電容器

圖6. 生物質材料應用于超級電容器電極

圖7. 生物質材料應用于超級電容器電解質

  本文全面總結了將生物質材料應用于柔性超級電容器的最新進展。總結內容包括生物聚合物的物理和化學特性、生物聚合物對超級電容器性能的影響、相關超級電容器的工作機制及應用。盡管近年來基于生物質的超級電容器復合材料取得了重大突破，但在這些超級電容器設備廣泛應用于各個領域之前，仍有許多挑戰需要解決。首先，在超級電容器中應用生物質基材料的主要限制之一是目前缺乏成熟和大規模制造這些材料的可行技術。例如，納米纖維素需要復雜耗時的加工步驟（如冷凍干燥），才能制備出薄膜/納米紙、纖維和氣凝膠等功能性自支撐結構。將生物質轉化為碳材料的過程所使用的化學品和熱處理成本都很高等。此外，電解質與電極材料的相容性對超級電容器的性能影響很大。目前，對電極和電解質之間的兼容性描述較少。因此，有必要建立一種原位監測技術，以評估界面電荷分布和結構演變，從而預測電極和電解質之間的兼容性，確保它們相互匹配。未來的努力目標是盡量減少對化石能源的依賴，采用生態友好型制備方法，并生產出具有成本效益、高性能和耐用性的超級電容器材料。毫無疑問，開發用于儲能裝置的生物質材料具有巨大潛力。開發新的材料合成策略、功能性儲能裝置（如高能量密度柔性可穿戴超級電容器等）可能是未來的發展方向。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1002/agt2.428