基于全生物质基柔性电化学储能器件的研究

This project aims at synthesizing renewable, environmental friendly all biomass-based flexible supercapacitors. The main research includes: 1) obtain Tn(Ligs)/CNT hydrogel flexible electrode materials with superior mechanical and electrochemical properties using electroactive low conductive biomass tannin (Tn) or biomass derivative sodium lignosulphonate (Lig) with carbon nanotube (CNT) through hydrothermal process; 2) produce high mechanical and electrochemical performance hydrogel flexible electrode materials using Tn/Ligs with CNT and porous graphene oxide (GO) through hydrothermal process; 3) synthesis high mechanical performance porous cellulose membrane/polymer electrolyte; 4) utilize electrolyte containing redox activated biomass small molecule 2-hydroxyl-1,4-naphthoquinone or 5-hydroxyl-1,4 naphthoquinone to improve the electrochemical performance of flexible devices. Study the synthesis mechanism, mechanical and electrochemical properties of composite hydrogels as well as the reaction mechanism of electroactive biomass small molecule on the electrode interface. The purpose of this project is to develop the applications of biomass materials in the field of energy storage.

本项目旨在合成可再生、环境友好的全生物质基柔性超级电容器。主要研究内容包括：1）把具有电活性的导电率低的生物质丹宁酸(Tn)或者生物质衍生物木质素磺酸钠(Ligs)与碳纳米管(CNT)经水热处理获得力学和电化学性能优异的Tn(Ligs)/CNT水凝胶柔性电极材料；2）采用Tn（或Ligs）与CNT和多孔氧化石墨烯（GO）经水热反应制备力学和电化学性能俱佳的水凝胶柔性电极材料；3）合成力学性能优异的多孔纤维素隔膜/聚合物电解质；4）采用含氧化还原活性的生物质小分子2-羟基-1,4-萘醌或5-羟基-1,4-萘醌的电解质来提高柔性器件的电化学性能。研究以上复合水凝胶的形成机理、力学和电化学性能、以及具有电活性生物小分子电解质在电极界面的反应机理。通过该项目的实施，以期开拓生物质在储能器件中的应用。

柔性超级电容器具有可拉伸、压缩、穿戴和弯曲的特点日益成为储能器件研究的热点之一; 而合成这些电极材料以及聚合物电解质往往需消耗大量的能源，对环境可能造成不同程度的污染，且原材料储藏有限。此外，当该器件失效废弃时也对环境造成污染。因此，开拓可再生、地球丰富、环境友好、可生物降解的高性能柔性全固态超级电容器能源储存器件事在必行。在该项目的支持下，提出了几条形成较好力学和高电化学性能的电活性生物质木质素衍生物木质素磺酸钠 (Ligs) 或者单宁酸/导电聚合物水凝胶的途径，开拓了高电化学和力学性能的电活性生物质与导电二维材料复合水凝胶和膜电极材料，提出了在多层网络中负载的高电化学性能的Ligs/聚苯胺(PANI)复合水凝胶的方法，开展了在木头中限域负载电活性生物质/PANI复合水凝胶作为一体化超级电容器的方法，获得了合成高性能导电聚合物和复合水凝胶电极和纤维素电解质膜的简单方法; 获得了一系列基于生物质导出的高电化学性能的碳基电极材料.该项目获得的材料合成过程简单、性能优异，有可能在许多领域实践应用；此外，通过该项目支持发表SCI论文22篇和3个专利。