不同維度納米纖維素基復(fù)合材料的制備及其在儲能器件中的應(yīng)用

張 能 林 濤 藺家成 蔡 雪 殷學(xué)風(fēng)

（陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院，陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點實驗室，輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)教育部重點實驗室，輕化工程國家級實驗教學(xué)示范中心，陜西西安，710021）

由于現(xiàn)代社會的快速發(fā)展需要大量的新能源設(shè)備來滿足，對于可持續(xù)能源設(shè)備（如鋰離子電池、超級電容器、太陽能電池）的需求在近幾十年中迅速增長[1-2]。塑料、無機(jī)半導(dǎo)體和其他基于石油化工的產(chǎn)品仍然是這些需求的基礎(chǔ)，不可避免地導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題[3-4]。一是大量的廢棄能源設(shè)備無法自然降解，二是銦、鎵等稀缺性天然元素資源的迅速枯竭[5-6]。未來能源儲存設(shè)備發(fā)展的主要挑戰(zhàn)是降低生產(chǎn)成本和整體設(shè)備成本。因此，利用綠色且豐富的原材料、發(fā)展環(huán)境友好型工藝、開發(fā)易回收和可降解的電子器件成為了研究熱點，低成本和節(jié)能的碳基綠色材料有望成為替代一些傳統(tǒng)材料的候選材料。

納米纖維素及其衍生物作為各種電化學(xué)儲能裝置極具吸引力的原材料，得到了越來越多的關(guān)注[7]。將從生物質(zhì)資源中分離出來的其中一維尺寸（直徑或長度）小于100 nm 的纖維素稱為納米纖維素。固有的結(jié)構(gòu)使其具有許多獨特的性能，如表面含有豐富的官能團(tuán)、易于加工、高楊氏模量（138 GPa）、高長徑比、高比表面積、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和較高的碳含量等[8]。這些特性使其可用于制備自支撐、高強(qiáng)度、高柔性、多孔的儲能材料，并用于制備電極材料和隔膜等器件[9-10]。

在過去的幾年里，有諸多學(xué)者集中在儲能用木質(zhì)纖維素材料領(lǐng)域的不同方面發(fā)表綜述，為進(jìn)一步研究納米纖維素基復(fù)合材料在儲能器件應(yīng)用提供了見解和幫助[11-12]。納米纖維素作為一種非常有應(yīng)用前景的新型綠色納米材料，其應(yīng)用于儲能領(lǐng)域的綜述性文章還較少。因此，本文主要針對應(yīng)用于儲能領(lǐng)域的不同維度納米纖維素基復(fù)合材料的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)和比較，綜述了目前基于納米纖維素基儲能材料的性能評價與挑戰(zhàn)，以期為未來納米纖維素在儲能領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用提供依據(jù)。

1 不同維度的納米纖維素基復(fù)合材料

根據(jù)制備方法和尺寸大小納米纖維素分為：纖維素納米晶（cellulose nanocrystal,CNC）、纖維素納米纖絲（cellulose nanofibrils,CNF）和細(xì)菌納米纖維素（bacterial nanocellulose,BC）[13]。其中，CNC 和CNF可從木材、竹材和農(nóng)作物秸稈等天然植物纖維中獲取，通過物理或者化學(xué)的方法對纖維素進(jìn)行分解，得到納米纖維素；BC 則是通過多種細(xì)菌對葡萄糖單元進(jìn)行攝取，然后形成大分子的納米纖維素材料。納米纖維素的制備過程如圖1所示[14]。

圖1 納米纖維素的制備過程[14]Fig.1 Preparation process of nanocellulose[14]

由于納米纖維素自身是絕緣體，形成導(dǎo)電復(fù)合材料需要在納米纖維素表面涂覆導(dǎo)電層或添加導(dǎo)電填料；這些復(fù)合材料可以與活性材料結(jié)合，作為有效的柔性電極，用于能量存儲應(yīng)用，具體見圖2[15-16]。根據(jù)納米纖維素基復(fù)合材料使用過程中納米纖維素所呈現(xiàn)出的聚集態(tài)和形態(tài)的差異，可將納米纖維素基復(fù)合材料劃分為一維、二維、三維納米纖維素基復(fù)合材料。如圖2所示，可以使用不同的復(fù)合方法將電活性材料與納米纖維素集成在一起，從而形成各種結(jié)構(gòu)（復(fù)合材料），如一維纖維，二維膜/紙和三維氣凝膠/泡沫。

圖2 納米纖維素復(fù)合材料的制備及應(yīng)用Fig.2 Preparation of nanocellulose composite materials and its applications

1.1 一維納米纖維素基復(fù)合材料

通常利用濕法紡絲、靜電紡絲法來制備一維納米纖維素基復(fù)合材料。十幾年來，世界材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究者將靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用于納米纖維材料的制備，取得了極大的研究進(jìn)展[17-19]。因其設(shè)備制造簡便、紡絲成本較低以及可紡材料種類繁多，靜電紡絲技術(shù)目前已成為制備納米纖維材料的主要方法之一。

一般來說，橫向尺寸在100 nm 以下的一維材料具有獨特的機(jī)械、光學(xué)、電學(xué)和熱性能，可以作為功能材料和器件的構(gòu)件。納米纖維素具有長徑比大、比表面積高、高比強(qiáng)度等特點，是一種優(yōu)良的超分子功能化模板；后續(xù)移除模板后可形成具有可調(diào)屬性的有序結(jié)構(gòu)。然而，將一維的納米纖維素復(fù)合材料應(yīng)用于儲能材料的研究較少，相關(guān)研究多集中在利用二維和三維的納米纖維素基復(fù)合材料方向。由于二維和三維的納米纖維素基復(fù)合材料纖維之間彼此交錯連接，可以形成獨特的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提供便于離子和電子傳輸?shù)亩嗫捉Y(jié)構(gòu)；同時，纖維表面附有羥基、羧基等親水性官能團(tuán)；纖維還可作為骨架材料與無機(jī)納米粒子、碳材料以及導(dǎo)電高分子等光電材料復(fù)合。

1.2 二維納米纖維素基復(fù)合材料

納米纖維素制備的二維結(jié)構(gòu)膜材料是其主要應(yīng)用形式。以石化基聚合物為原料制備的多孔膜存在不可再生、不可生物降解的問題，因此，可再生、可生物降解且性能優(yōu)異的納米纖維素膜逐漸成為多孔膜領(lǐng)域的研究熱點[18-19]。

從納米纖維素懸浮液到納米纖維素復(fù)合膜的制備過程主要包括成型和干燥兩部分[20]。固含量在0.05%～5%之間的納米纖維素懸浮液可通過流延、過濾等方法成膜。其中，過濾法制備效率高于流延法，只需要將納米纖維素懸浮液在一定的壓差下通過孔徑極小的過濾膜，液體隨壓差流失，纖維逐漸沉積即可形成濕膜。納米纖維素復(fù)合膜常見的干燥方式有常溫干燥、真空干燥、熱壓干燥、冷凍干燥和超臨界干燥等。

1.3 三維納米纖維素基復(fù)合材料

1.3.1納米纖維素基復(fù)合水凝膠

將納米纖維素與合成聚合物、天然聚合物結(jié)合能夠制備出生物相容性好、物理性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛的復(fù)合水凝膠材料[21-22]。其中，由于CNF 具有更強(qiáng)的柔韌性和纏結(jié)傾向，比CNC 更容易形成水凝膠，且獲得的水凝膠彈性更大。制備納米纖維素基復(fù)合水凝膠的關(guān)鍵在于納米纖維素在體系中的分散方式和納米纖維素與高分子聚合物間的結(jié)合作用；制備方法主要有共混法和納米纖維素表面接枝共聚法。共混法是指將納米纖維素與高分子聚合物直接混合的方法；表面接枝共聚法是指在納米纖維素的存在下，通過引發(fā)劑和交聯(lián)劑使單體在納米纖維素表面進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，從而獲得納米纖維素基水凝膠的方法。與共混法相比，表面接枝共聚法制備的納米纖維素基水凝膠中納米纖維素與聚合物間具有良好的相互作用，因此水凝膠具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。

1.3.2納米纖維素基復(fù)合氣凝膠

納米纖維素氣凝膠的制備不涉及纖維素的溶解，其制備過程主要包括濕凝膠的形成和特殊干燥處理。通常選擇溶膠-凝膠法制備，其具有工藝過程簡單，反應(yīng)過程易于控制的特點。利用纖維素分子間羥基形成的氫鍵，通過在凝固浴幫助下形成濕凝膠，經(jīng)過特殊的干燥處理后，可形成納米纖維素氣凝膠。由于單純的納米纖維素氣凝膠在很多應(yīng)用中受到限制，所以研究焦點逐漸從制備工藝轉(zhuǎn)向功能性應(yīng)用。發(fā)展綠色、高性能的多功能納米復(fù)合材料成為了目前納米纖維素氣凝膠的主要發(fā)展方向。

納米纖維素基復(fù)合氣凝膠功能化制備方法之一便是與導(dǎo)電高分子復(fù)合[23-24]。高分子導(dǎo)電聚合物，如聚吡咯（polypyrrole，PPy）、聚苯胺（polyaniline，PANI）和聚噻吩（polythiophere，PTh）等，具有高理論電容量、快速氧化還原切換能力和高導(dǎo)電性等優(yōu)勢，現(xiàn)廣泛用于電池、傳感器、抗靜電保護(hù)層和柔性電子器件等領(lǐng)域，具有極大發(fā)展?jié)摿?。但由于?dǎo)電聚合物高分子成型不易控制、電子傳遞效率低、實際比電容不佳等缺點，其實際應(yīng)用受到極大限制。納米纖維素精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)和高比表面積有利于納米尺寸導(dǎo)電聚合物的形成。通過原位化學(xué)聚合或電化學(xué)共沉積法，可將導(dǎo)電高分子直接生長在納米纖維素纖維表面，形成不同納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電復(fù)合材料[25]。目前，改善納米纖維素與導(dǎo)電聚合物之間的界面相互作用，用均勻且足夠薄的導(dǎo)電聚合物層包裹納米纖維素，減小電極厚度是制備柔性電極的關(guān)鍵。

2 納米纖維素基復(fù)合材料在儲能器件中的應(yīng)用

由于納米纖維素固有的結(jié)構(gòu)，其具有許多獨特的性能，在新型復(fù)合材料和能源設(shè)備中具有極大的應(yīng)用前景[26-27]。但由于其不具有導(dǎo)電性，不能直接應(yīng)用于大多數(shù)的能源設(shè)備和電子器件中。因此，將納米纖維素與光電材料復(fù)合，制備功能化復(fù)合材料得到了廣泛研究[28-29]。這些復(fù)合材料通常具有納米纖維素和導(dǎo)電材料共同的優(yōu)點，從而可以滿足能源應(yīng)用的最大需求。經(jīng)過物理或化學(xué)改性的納米纖維素復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于柔性電子產(chǎn)品、鋰離子電池、鋰硫電池、超級電容器等高附加值領(lǐng)域。目前存在的問題是如何進(jìn)一步降低從植物纖維中分離出納米纖維素和賦予其導(dǎo)電性而產(chǎn)生的能量消耗和制備成本，以及如何控制納米纖維素的尺寸和性能。

2.1 一維納米纖維素基復(fù)合材料的應(yīng)用

通過濕法紡絲法來制備一維納米纖維素基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的可定制性和循環(huán)穩(wěn)定性。如Niu等人[30]通過濕法紡絲法從CNF/碳納米管（Carbon nanotubes，CNT）復(fù)合溶液中制備了一維的納米纖維素復(fù)合材料。通過將CNF/CNT（SWCNT）懸浮液在乙醇混凝固浴中擠出（圖3(a)），并在空氣中干燥，可以制造出直徑約50 μm 的大纖維。SWCNT 沿大纖維的軸向排列，CNF可以有效地防止SWCNT的聚集。以此方法制備的無紡大纖維氈可穿戴超級電容器表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能（圖3(b)）、杰出的可定制性和循環(huán)穩(wěn)定性。該超級電容器在1500 個彎曲周期后仍保持了其初始電容的96%（圖3(c)）；在第5次極端變形后，超級電容器的電容保持率約為93%。

圖3 CNF與SWCNT一維復(fù)合纖維[30]Fig.3 Hybrid of CNF with SWCNT to fabricate 1D fibers[30]

2.2 二維納米纖維素基復(fù)合材料的應(yīng)用

二維納米纖維素基復(fù)合材料的構(gòu)造中，通過利用CNF和BC所具有的高長徑比和類似網(wǎng)狀的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，可與石墨烯、CNT 和活性炭等碳材料復(fù)合形成牢固的、高導(dǎo)電性網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)良電子器件，并用于電極材料。CNF 或BC 形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使復(fù)合電極具有良好柔韌性、彎曲性、可折疊性和可壓縮性，同時不影響其電化學(xué)性能。

HSU 等人[31]以CNF、石墨烯和PANI 為原料，利用真空抽濾的方法制備了一種具有良好柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性的無金屬納米纖維素基PANI/還原氧化石墨烯二維薄膜電極，將其組裝成類似三明治型的超級電容器，如圖4 所示。通過優(yōu)化CNF、PANI 和還原氧化石墨烯的比例實現(xiàn)超級電容器良好的電化學(xué)性能和機(jī)械性能。該復(fù)合電極具有16.5 mg/cm2的高活性物質(zhì)負(fù)載率；電化學(xué)性能測試表明其電流密度在0.2 A/g時的質(zhì)量比電容為79.71 F/g。這項工作顯示了開發(fā)的柔性輕質(zhì)納米纖維素復(fù)合材料在制造超級電容器方面的巨大潛力，該超級電容器可用于包括電子皮膚在內(nèi)的各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

圖4 CNF/PANI/還原氧化石墨烯柔性薄膜電極的制備和超級電容器的組裝[31]Fig.4 Scheme for fabrication of the nanocellulose/PANI/RGO flexible film electrodes and assembling of the supercapacitor[31]

此外，高長徑比的CNF 和BC 可用作柔性基材和黏合劑材料，與活性材料結(jié)合以制備用于柔性鋰離子電池（LIB）的紙或膜電極。利用CNF、LiFePO4和碳顆粒的水分散液可以制備一種鋰離子電池正極柔性電極材料[32]，如圖5(a)～圖5(c)所示。該電極在干燥和浸入電池電解質(zhì)后均顯示出良好的機(jī)械性能。對于在170℃下干燥的樣品，其儲存的電容量可達(dá)到151 mA·h/g。

圖5 柔性二維鋰離子電池（LIB）用紙電極和隔膜[32]Fig.5 Flexible LIBs based on CNF hybrid materials[32]

由于納米纖維素紙/膜是親水的，且表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能及熱性能，因此，將納米纖維素紙/膜用作LIB 隔膜已經(jīng)引起了極大的研究興趣。LIB 隔膜的作用在于避免電池正負(fù)極之間直接接觸，同時還可以作為電解液儲存器，使鋰離子能夠在2個電極之間傳輸。WANG 等人[33]開發(fā)了一種納米纖維素雙層隔膜，包含中孔絕緣CNF層和具有氧化還原活性的PPy支撐層。制成的隔膜可用于增強(qiáng)LIB 的容量。LI 等人[34]開發(fā)了新型隔膜/電極組件（SEA）架構(gòu)，并制造了異層墊電池，如圖5(d)～圖5(f)所示。與傳統(tǒng)的LIB相比，Li-S 電池可以提供較高的理論質(zhì)量（2.5 kWh/kg）和體積（2.8 kWh/L）能量密度，且電池容量（1675 mA·h/g）比LIB高出一個數(shù)量級，因此受到越來越多的關(guān)注[35-37]。此外，元素硫含量豐富，廉價且使用范圍廣泛，這使得Li-S電池成為一種特別有吸引力且低成本的儲能設(shè)備。然而，Li-S電池的實際應(yīng)用仍然面臨一些挑戰(zhàn)。首先，在電化學(xué)循環(huán)中，硫顆粒的體積變化導(dǎo)致活性材料的結(jié)構(gòu)變化從而導(dǎo)致電池容量低；其次，硫和Li2S 絕緣，導(dǎo)致電化學(xué)動力學(xué)緩慢；第三，多硫化物易溶解在電解質(zhì)中，這是產(chǎn)生“穿梭現(xiàn)象”的主要原因[38-40]。為解決上述問題，研究人員設(shè)計和開發(fā)各種新穎的電極、隔膜和電解質(zhì)，目前已開發(fā)了幾種類型的納米纖維素材料來構(gòu)造高性能的Li-S電池。

納米纖維素可以與活性材料復(fù)合，用于制造Li-S電池的混合電極。由于其高長徑比、纏結(jié)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和表面豐富的羥基，CNF可用于開發(fā)為一種靈活的構(gòu)件，制造具有高面積質(zhì)量負(fù)載的獨立式和夾心結(jié)構(gòu)的陰極材料，用于長壽命Li-S 電池[41]，如圖6 所示。將硫浸漬在N摻雜的石墨烯中，構(gòu)造主要活性材料，然后將其進(jìn)一步摻雜在CNF/CNT 框架中，合成活性層兩側(cè)的CNF/CNT 互連層，以捕獲多硫化物并提供有效的電子傳輸。碳質(zhì)材料（石墨烯和CNT/CNF 纖維）的物理包封和化學(xué)功能化（雜N摻雜）吸附多硫化鋰的協(xié)同效應(yīng)導(dǎo)致良好的導(dǎo)電性，并抑制了多硫化物的溶解和遷移。獨特的設(shè)計結(jié)構(gòu)使電極具有較高的比容量和良好的倍率性能。

圖6 用于Li-S電池的納米纖維素衍生材料[41]Fig.6 Nanocellulose-derived materials for Li-S batteries[41]

2.3 三維納米纖維素基復(fù)合材料的應(yīng)用

除電極外，電解質(zhì)在超級電容器中也起著至關(guān)重要的作用。具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和納米孔徑的納米纖維素基凝膠電解質(zhì)能夠使電解質(zhì)離子傳輸更加有序，電荷轉(zhuǎn)移電阻大幅度降低，電解質(zhì)離子電導(dǎo)率進(jìn)一步提高。Sun 等人[42]系統(tǒng)地分析了同一種電極在納米纖維素基凝膠電解質(zhì)與傳統(tǒng)KOH、H2SO4等液體電解質(zhì)中的電化學(xué)性能，如圖7所示。研究發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)存在泄漏、腐蝕、蒸發(fā)和易燃等問題，三維納米纖維素基凝膠電解質(zhì)既克服了安全性和穩(wěn)定性差的問題，還兼有電解質(zhì)和隔膜的雙重作用，改善了柔性全固態(tài)超級電容器效率低和不穩(wěn)定的問題，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

與CNF 及BC 相比，CNC 具有更高的比表面積，并且能夠通過不同的方式將其與電活性材料復(fù)合，制備功能化氣凝膠復(fù)合材料。CNC 可以通過電沉積、原位聚合等方式與導(dǎo)電聚合物（如PPy）復(fù)合在一起。因為CNC 長度較小且長徑比較低，CNC 衍生三維材料（如氣凝膠）通常機(jī)械性能較弱，并且在彎曲或壓縮時容易斷裂。Yang等人[43]開發(fā)了一種化學(xué)交聯(lián)方法，以生產(chǎn)具有可定制的機(jī)械性能和形狀恢復(fù)能力的CNC 氣凝膠（圖7）。CNC 氣凝膠由醛基改性CNC和酰肼改性CNC 化學(xué)交聯(lián)制備，其充當(dāng)各種活性納米粒子的通用基底，可以提供足夠的活性物質(zhì)表面積材料，促進(jìn)電荷存儲。CNC 氣凝膠組裝對稱的紐扣電池型超級電容器，其中包含2個復(fù)合氣凝膠，由浸入飽和Na2SO4水溶液中的聚乙烯多孔膜隔開。

圖7 用于超級電容器的三維CNC基復(fù)合材料示意圖[43]Fig.7 CNC-derived hybrid materials for supercapacitors[43]

然而CNC 復(fù)合薄膜和氣凝膠易碎，且在彎曲或壓縮時很容易斷裂，這限制了其在實際應(yīng)用中的使用，如用于開發(fā)柔性超級電容器。盡管可以使用如化學(xué)交聯(lián)等方法來制造柔性CNC 電極，但復(fù)雜的合成路線會帶來成本較高等問題。為了擴(kuò)展納米纖維素氣凝膠材料在多個領(lǐng)域的實用性，可以在氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)中摻雜一些特殊的活性物質(zhì)，以實現(xiàn)不同功能。自組裝這種自下而上的技術(shù)是一個自發(fā)的過程，各組分能按最佳結(jié)構(gòu)和組合方式組裝[44]，利用自組裝方法制備納米纖維素基氣凝膠復(fù)合材料，對擴(kuò)展其結(jié)構(gòu)和性能具有重要的意義。

層層自組裝（Layer-by-Layer，LBL）技術(shù)是指分子及納米顆粒等結(jié)構(gòu)單元在平衡條件下，通過非共價鍵作用自發(fā)的締結(jié)成熱力學(xué)上穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)上確定、性能上特殊的聚集體的過程[45]。Hamedi 等人[46]率先開發(fā)了一種將電活性材料包覆在CNF 氣凝膠表面的LBL技術(shù)（圖8）。在進(jìn)行LBL 組裝之前，為了避免CNF氣凝膠在組裝過程中瓦解，首先對CNF 氣凝膠利用BTCA 進(jìn)行了共價交聯(lián)，使其成為一種適用于LBL 組裝的理想基質(zhì)。然后將單壁碳納米管（SWCNT）等活性物質(zhì)利用LBL 技術(shù)組裝于CNF 氣凝膠的表面及孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并以此為電極組裝成三明治結(jié)構(gòu)的超級電容器。超級電容器表現(xiàn)出杰出的循環(huán)穩(wěn)定性和高質(zhì)量比電容（419 F/g），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于之前在紙襯底上報道的SWCNTs的最佳值（200 F/g）[47]。

圖8 LBL組裝CNF氣凝膠及超級電容器制備示意圖[46]Fig.8 Schematic diagram of preparation of LBL assembly CNF aerogel and supercapacitor[46]

Nystro 等人[48]使用共價交聯(lián)CNF 氣凝膠作為基底，在氣凝膠表面沉積CNT 和分離層，形成三維超級電容器，如圖9 所示，可以發(fā)現(xiàn)在添加第一層電極、分離層和第二層電極時，CNF氣凝膠的孔壁逐漸變厚。由此三維電極組裝而成的超級電容器在400多個周期內(nèi)運行穩(wěn)定，其質(zhì)量比電容為25 F/g，即使壓縮時仍能充分發(fā)揮作用，最高形變可達(dá)75%。

圖9 LBL組裝CNF氣凝膠基超級電容器原理及表征圖[48]Fig.9 Principle and characterization of CNF aerogel-based supercapacitors assembled by LBL [48]

3 結(jié)語

隨著不斷開發(fā)新的復(fù)合材料以及優(yōu)化各組分之間的結(jié)合方式和結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，納米纖維素基儲能器件的研究正在發(fā)生著日新月異的變化。將納米纖維素應(yīng)用于儲能器件中的作用不僅可以作為基底或支撐材料，還可以形成便于離子和電子傳輸?shù)亩嗫捉Y(jié)構(gòu)。雖然已經(jīng)成功開發(fā)了納米纖維素構(gòu)建高性能超級電容器的一系列新穎的復(fù)合電極材料，但是在未來的發(fā)展中仍存在一些亟待解決的問題。關(guān)于納米纖維素基復(fù)合材料在儲能領(lǐng)域未來的發(fā)展重點應(yīng)在以下幾點。

（1）納米纖維素的大規(guī)模制造。目前仍難以大規(guī)模生產(chǎn)具有高質(zhì)量和尺寸均勻的納米纖維素，尤其是大規(guī)模生產(chǎn)高長徑比和表面活性的CNF。

（2）復(fù)合方法。納米纖維素與電活性材料之間的復(fù)合方式、界面相容性以及微觀形貌調(diào)控等還需要進(jìn)一步深入的研究。

（3）柔性化。智能電子時代需要開發(fā)具有環(huán)境友好性、質(zhì)量輕、低成本和先進(jìn)的柔性能量存儲裝置。納米纖維素滿足上述要求，并可用作構(gòu)建柔性基底/骨架或作為碳前體的構(gòu)建體。未來應(yīng)著重開發(fā)新穎的納米纖維素基柔性電極活性材料。相信隨著研究工作者們的不斷努力，納米纖維素基材料能夠更好地被應(yīng)用在柔性電極材料領(lǐng)域。