随着可穿戴电子设备和极端环境对高体积比、柔性且可持续的储能装置需求日益增长，本文，齐齐哈尔大学张永老师课题组、Jingyu Xu、Shan Fan等研究人员在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊发表名为“Nanocellulose-Mediated N,P-Codoped Graphene Hydrogels and Regenerable Alginate Electrolyte for High-Performance Flexible Supercapacitors with Broad Environmental Adaptability”的论文，研究提出了一种多尺度调控策略；该策略利用高浓度氧化石墨烯（GO）调节堆积密度，采用磷酸二铵进行N-P共掺杂，并以纳米纤维素（NC）作为绿色纳米间隔层。通过该策略，我们成功制备了NC-NPGHs电极，其具有丰富的表面缺陷、均衡致密的孔隙结构以及扩展的层间距。结合基于可再生海藻酸钠（SA）的凝胶电解质（SNGK），开发出了高容量超级电容器。
基于 NC-NPGH20 的水基对称超级电容器 (ASSC) 在 0.3 A g–1 时可达到 413.0 F cm–3的体积电容，在 20A g–1 时具有 79.19% 的倍率保持率，且在 20,000 次循环后仍保持 94.52% 的电容。具有动态氢键网络的 SNGK 电解质在 60 °C 时表现出90%的保水率，且具有宽广的温度耐受性（−30 至 60 °C），使柔性固态超级电容器 (FSSCs) 能够提供 204.5F g–1 的容量，并具有出色的弯曲稳定性和可循环性。该系统性能优于大多数已报道的碳基超级电容器，为高性能储能提供了可持续的解决方案。
方案一. Preparation Process of NC-NPGHs and Assembly of Supercapacitors
综上所述，本文提出了一种以碳水化合物为核心的多尺度调控策略，通过将纳米纤维素增强的N、P共掺杂石墨烯水凝胶（NC-NPGH）电极与可再生藻酸盐基凝胶电解质（SNGK）相结合，成功开发出高性能柔性超级电容器。优化的 NC-NPGH20 电极在 0.3 Ag–1 时表现出413.0Fcm–3 的优异体积电容，这是原始石墨烯水凝胶的 2.9 倍，且优于已报道的碳基电极材料（表 S1）。即使在 20 Ag–1 的高电流密度下，它仍能保持 79.19% 的初始电容，表现出卓越的倍率性能。当与 SNGK 电解液组装在一起时，这种柔性固态超级电容器可提供 204.5Fg–1的质量电容，具有出色的弯曲稳定性（180° 弯曲，100 次循环），并在 20,000 次循环后仍保持 79.36% 的电容。值得注意的是，SNGK电解液展现出极高的保水能力（60 °C时达90%）和−30至60 °C的宽广温度适应性，显著优于在极端条件下会发生脱水和脆化的传统聚乙烯醇（PVA）基电解液。此外，其可逆的脱水-再水合行为使得电解液可循环利用，从而解决了柔性储能领域中一个关键的可持续性挑战。
文献：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6c01522
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