近日，我校材料學院張雙保教授團隊的研究成果以“Hierarchical electrodes with superior cycling performance using porous material based on cellulose nanofiber as flexible substrate”為題發表于國際頂級學術期刊《Carbohydrate Polymers》（中科院一區，影響因子：10.7）。
化石燃料的消耗及其引發的環境污染問題突顯了開發可持續能源資源的必要性，以及超級電容器等能源儲存和轉換系統的重要性。在制造能源儲存裝置時使用可再生的生物質環保材料，有助于減少能源儲存和轉換過程中對環境的影響。纖維素納米纖維（CNF）作為一種儲量豐富、來源廣泛的生物質可持續納米材料，憑借其出色的生物相容性、優異的機械性能以及廣泛的兼容性，在電極制造領域展現出廣闊的應用前景。迄今為止，CNF已被廣泛研究用于各種類型的柔性儲能設備的研究與開發中。
該團隊利用壓力梯度輔助的逐層自組裝（LbL）技術將帶正電的聚乙烯亞胺（PEI）和帶負電的導電聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）交替沉積在CNF多孔材料表面，構建了一種新型柔性電極材料。該材料兼具優異的機械柔韌性和剛性支撐，不僅有利于構建高比表面積的三維網絡結構，從而促進電荷存儲，還能通過減少PEDOT：PSS的體積變化來延長電極的循環壽命。此外，PEI的電解質潤濕性優異，有助于電極內的高效電荷傳輸。試驗結果表明：含有10層PEI/PEDOT：PSS雙層膜的電極在5 mV s-1的掃描速率下表現出63.71 F g-1的電容，并在經過3000次充放電循環后保持高達128%的電容保持率。對LbL多層結構納米級層的深入研究顯示：優異的循環性能主要歸因于剛性氣凝膠層狀結構對PEDOT：PSS的空間限制作用。本研究工作有望為開發高電荷儲存能力和超長循環壽命的生物質柔性電極做出重要貢獻。
材料科學與技術學院博士研究生杜珂珂為論文第一作者，張雙保教授為通訊作者，北京林業大學為第一署名單位。該工作得到了國家自然科學基金（32171707）和國家重點研發計劃（2023YFD2202102）的資助與支持。
