背景简介当代电子产品正朝着轻量化、柔性化的方向发展，传统意义上的刚性电极难以满足当前电子器件的发展需求。而纤维素纸基材料具有来源丰富，轻质、可生物降解、可弯曲折叠，孔隙结构丰富等特点，可以负载导电材料制备柔性电极，在柔性电子器件中具有广阔的应用前景。
华南理工大学王小慧教授研究团队在前期工作中发展了系列基于造纸工艺的纸基电极材料制备方法（Ind Crop Prod. 2016, 85, 198-203; Chem Eng J. 2019, 370, 1048-1056; Nanoscale. 2019, 11(2), 725-732; ACS Sustain Chem Eng. 2020, 8(8), 3392–3400; Green Chem. 2020, 22(10), 3208-3215等），其中通过对纸浆纤维的界面修饰，诱导石墨烯片层在纤维素纤维表面自组装制备石墨烯纸基电极的方法简单、绿色、高效，为纸基电极的规模化、低成本制备提供了一条可行途径。在电子器件中，纸基电极的导电性对器件性能有重要影响。为进一步提高石墨烯纸电极的导电性，在器件加工的过程中常常需要利用泡沫镍、铜箔等集流体在外部与纸电极结合来增加电子传递效率。但是泡沫镍，铜箔等集流体在使用过程中容易发生机械变形损坏，不利于轻质柔性电子设备的使用。因此，迫切需要开发低成本、高效可靠、轻便柔性的集流体材料。近日，王小慧教授研究团队在前期纸基电极材料研究的基础上，通过在纤维素纤维表面原位合成高密度银纳米颗粒，直接将纸浆纤维转变为高导电的柔性导电纤维，发展出一种新型纤维素基的三维柔性集流体材料。并利用传统的制浆造纸工艺，将该纤维集流体与氧化石墨烯修饰的纤维素纤维混合抄纸、湿法成型，经还原后得到了具有良好导电性（3700 S/m）和机械柔性的银纤维/石墨烯纤维复合纸。进一步，利用该复合纸作为自支撑电极、硫酸钠/羧甲基纤维素凝胶作为电解质，纯纤维素纸作为隔膜组装了完全由纤维素材料组成的高性能柔性全固态超级电容器（222.5 F/g）。而且，这种轻质柔性的纸基超级电容器可以通过简单的处理来进行长时间储存和轻量化运输。通过常压下60℃简单的干燥处理，即可以去除器件中40%质量的水分，使器件处于稳定状态，可进行长时间储存。再次使用前，只需要用水润湿5分钟，即可恢复该纸基器件的性能。开发了一种低成本、轻便、柔性、导电、可持续的纤维素基导电纤维，可替代高成本的银纳米线，作为集流体可有效降低纸基超级电容器的内阻，提高器件的电化学性能。通过原位还原制备了高密度银纳米颗粒修饰的柔性导电的纸浆纤维，通过传统的造纸工艺将该导电纸浆纤维与负载了活性材料的纸浆纤维共混，制备出高性能的超级电容器自支撑电极。
Huang, Q, Yang, Y, Chen, R, Wang, X. High performance fully paper‐based all‐solid‐state supercapacitor fabricated by a papermaking process with silver nanoparticles and reduced graphene oxide‐modified pulp fibers. EcoMat. 2021; 3:e12076. https://doi.org/10.1002/eom2.12076 [Physical Sciences]
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内容|EcoMat排版|Melody
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