通过自上而下的设计方法，利用锌离子交联的海藻酸钠-木材水凝胶电解质制备超级电容器

《Energy Technology》：Zinc-Ion–Cross-Linked Sodium Alginate-Wood Hydrogel Electrolyte for Supercapacitors via a Top-Down Design

利用天然脱 lignin 木材纤维素框架构建了钠 Alginate 填充/锌离子梯度交联协同的水凝胶电解质 ZWH-2，实现 9.47 MPa 机械强度和 68.97 mS/cm 离子电导率突破。其在对称超级电容器中达到 165 mF/cm2 和不对称体系 361 mF/cm2 的比电容值。锌离子同时发挥交联剂和电解质双重功能，开发出耐弯折、宽温域适用的可持续储能器件。

　　

摘要

基于纤维素的水凝胶因具有出色的柔韧性和可再生的原材料，在水凝胶电解质基底研究中备受关注。然而，采用传统自下而上合成策略制备的纤维素水凝胶通常机械性能不足，且在构建的电容器中具有较低的面积比电容。本研究采用自上而下的策略，利用脱木质素的木材天然纤维素骨架作为结构基底。通过原位海藻酸钠填充和梯度高氯酸锌交联的协同作用，制备了一种基于锌离子的水凝胶电解质（ZWH）。当水凝胶电解质中的Zn²⁺浓度为2 mol·L^?1时，所得ZWH-2材料表现出显著的性能提升：其机械强度达到9.47 MPa，离子导电率高达68.97 mS·cm^?1。使用这种电解质的储能系统表现出优异的电化学性能。活性炭对称超级电容器和锌-活性炭不对称超级电容器的面积比电容分别在2 mA·cm^?2的电流密度下达到了165 mF·cm^?2和361 mF·cm^?2。在本研究中，锌离子同时作为水凝胶和电解质组分的交联剂，从而实现了一种具有抗弯曲性的多功能电解质系统。这项研究为开发适用于广泛温度范围的可持续、可适应的储能设备提供了创新思路。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。