顆粒在線訊：超級(jí)電容器（SCs）已經(jīng)顯示出集成到未來(lái)可穿戴和植入式電子產(chǎn)品中的巨大潛力，然而環(huán)境適應(yīng)性和生物安全性的不足限制了其進(jìn)一步發(fā)展。在這方面，生物可降解聚合物的應(yīng)用被認(rèn)為是一種理想的解決策略，可以對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行無(wú)害環(huán)境的處理。具有令人滿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來(lái)SCs的發(fā)展中顯示出不可替代的作用，并為其環(huán)境無(wú)害化處理提供了理想的解決策略。

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所吳忠?guī)浹芯繂T在這篇綜述中討論和分析了生物可降解聚合物在SCs領(lǐng)域的研究進(jìn)展和挑戰(zhàn)。首先，闡明了現(xiàn)有生物可降解聚合物的分類(lèi)及其典型的結(jié)構(gòu)、性能和制備過(guò)程。隨后，總結(jié)了生物可降解聚合物SCs不同部件中的主要應(yīng)用，包括電極、電解質(zhì)、基底和封裝材料。

此外，還總結(jié)了基于生物降解聚合物的SCs在制備策略和改性方法方面的研究進(jìn)展，并深入討論了生物降解聚合物在綠色SCs發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵作用。最后，作者簡(jiǎn)要提出了基于生物降解聚合物的SCs的未來(lái)前景和面臨的挑戰(zhàn)。

文章要點(diǎn)：

1. 本文回顧了生物可降解聚合物的分子結(jié)構(gòu)、主要理化性質(zhì)及其在SCs領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，包括天然生物可降解聚合物衍生的碳電極材料的設(shè)計(jì)、生物可降解水凝膠電解質(zhì)的構(gòu)建、新型粘結(jié)劑的探索以及生物可降解聚合物封裝材料的制備。

2. 首先，一些具有大量活性官能團(tuán)的親水生物可降解聚合物，特別是天然聚合物，很容易滿足水凝膠電解質(zhì)的制備要求。這些可生物降解的軟性材料可以減緩電解質(zhì)的蒸發(fā)，而且?guī)缀醪粫?huì)造成環(huán)境污染。因此，它是實(shí)現(xiàn)綠色SCs組裝的必要組成部分。除此之外，天然可降解聚合物具有豐富的宏觀存在形式和富有想象力的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以轉(zhuǎn)化為各種活化的碳材料，這為開(kāi)發(fā)新型可再生電極材料提供了可能。

3. 此外，基材是SCs的承重基礎(chǔ)，也是決定器件柔性的關(guān)鍵因素之一?？缮锝到獾木酆衔锟梢再x予基底良好的生物降解性、良好的生物安全性和理想的機(jī)械強(qiáng)度。最后但并非最不重要的是，由生物可降解聚合物制備的封裝材料可以完美地完成從干細(xì)胞中分離生物組織的任務(wù)，并完成人體內(nèi)的降解過(guò)程，這為可植入干細(xì)胞的開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了一條有希望的道路。總之，生物可降解聚合物因其驚人的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，在設(shè)計(jì)和制備可穿戴的、環(huán)境友好的和可植入的單體方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

4. 盡管在利用生物可降解聚合物制備SCs方面已經(jīng)取得了大量的重大進(jìn)展，但在不久的將來(lái)，在開(kāi)發(fā)生物可降解SCs方面仍然面臨著一些具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，需要加以解決。首先，關(guān)鍵問(wèn)題是如何進(jìn)一步提高SCs用可生物降解聚合物電解質(zhì)的綜合性能；其次，應(yīng)探討如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本地制備高性能的生物可降解聚合物衍生的碳電極材料；第三，迫切需要制備更多具有獨(dú)特功能的新型合成生物可降解聚合物，如良好的彈性和出色的兼容性；最后，但并非最不重要的是，為SCs構(gòu)建全可生物降解的組件是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性但又可靠的方向。

圖1 環(huán)保材料和可生物降解聚合物的特點(diǎn)

圖2 可生物降解聚合物的主要分類(lèi)和在SC領(lǐng)域的應(yīng)用前景

圖3 纖維素及其衍生物的應(yīng)用

圖4 殼聚糖和甲殼素的應(yīng)用

圖5 聚乳酸的應(yīng)用

來(lái)源：高分子科學(xué)前沿