《AFM》：超级电容器用生物可降解聚合物的最新进展和展望

颗粒在线讯：超级电容器（SCs）已经显示出集成到未来可穿戴和植入式电子产品中的巨大潜力，然而环境适应性和生物安全性的不足限制了其进一步发展。在这方面，生物可降解聚合物的应用被认为是一种理想的解决策略，可以对超级电容器进行无害环境的处理。具有令人满意的降解性和良好的生物相容性的可生物降解聚合物在未来SCs的发展中显示出不可替代的作用，并为其环境无害化处理提供了理想的解决策略。

近日，中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅研究员在这篇综述中讨论和分析了生物可降解聚合物在SCs领域的研究进展和挑战。首先，阐明了现有生物可降解聚合物的分类及其典型的结构、性能和制备过程。随后，总结了生物可降解聚合物SCs不同部件中的主要应用，包括电极、电解质、基底和封装材料。

此外，还总结了基于生物降解聚合物的SCs在制备策略和改性方法方面的研究进展，并深入讨论了生物降解聚合物在绿色SCs发展过程中的关键作用。最后，作者简要提出了基于生物降解聚合物的SCs的未来前景和面临的挑战。

文章要点：

1. 本文回顾了生物可降解聚合物的分子结构、主要理化性质及其在SCs领域的应用进展，包括天然生物可降解聚合物衍生的碳电极材料的设计、生物可降解水凝胶电解质的构建、新型粘结剂的探索以及生物可降解聚合物封装材料的制备。

2. 首先，一些具有大量活性官能团的亲水生物可降解聚合物，特别是天然聚合物，很容易满足水凝胶电解质的制备要求。这些可生物降解的软性材料可以减缓电解质的蒸发，而且几乎不会造成环境污染。因此，它是实现绿色SCs组装的必要组成部分。除此之外，天然可降解聚合物具有丰富的宏观存在形式和富有想象力的多孔网络结构，可以转化为各种活化的碳材料，这为开发新型可再生电极材料提供了可能。

3. 此外，基材是SCs的承重基础，也是决定器件柔性的关键因素之一。可生物降解的聚合物可以赋予基底良好的生物降解性、良好的生物安全性和理想的机械强度。最后但并非最不重要的是，由生物可降解聚合物制备的封装材料可以完美地完成从干细胞中分离生物组织的任务，并完成人体内的降解过程，这为可植入干细胞的开发开辟了一条有希望的道路。总之，生物可降解聚合物因其惊人的结构和优异的性能，在设计和制备可穿戴的、环境友好的和可植入的单体方面显示出广阔的应用前景。

4. 尽管在利用生物可降解聚合物制备SCs方面已经取得了大量的重大进展，但在不久的将来，在开发生物可降解SCs方面仍然面临着一些具有挑战性的问题，需要加以解决。首先，关键问题是如何进一步提高SCs用可生物降解聚合物电解质的综合性能；其次，应探讨如何实现大规模、低成本地制备高性能的生物可降解聚合物衍生的碳电极材料；第三，迫切需要制备更多具有独特功能的新型合成生物可降解聚合物，如良好的弹性和出色的兼容性；最后，但并非最不重要的是，为SCs构建全可生物降解的组件是一个具有挑战性但又可靠的方向。

图1 环保材料和可生物降解聚合物的特点

图2 可生物降解聚合物的主要分类和在SC领域的应用前景

图3 纤维素及其衍生物的应用

图4 壳聚糖和甲壳素的应用

图5 聚乳酸的应用

来源：高分子科学前沿