基于生物聚合物的水凝胶电解质由于其功能性、低成本、丰富性、灵活性和环保性而受到越来越多的关注。生物聚合物在离子传导中发挥作用，除了可生物降解外，还具有高电解电导率、机械强度和热稳定性。
生物高分子电解质及其特性
化石资源的持续消耗以及由于其消耗而产生的相关气候和环境问题促使人们对清洁和可持续能源及相关技术进行研究。因此，迫切需要开发超级电容器（SC）和电池材料等储能装置。SCs 作为能量存储设备，提供比电池更长的循环寿命和更高的功率密度。与传统电容器相比，它们还具有更高的能量密度。
SCs 需要改进的电极结构来实现高能量密度。电解质在转换装置以及促进两个电极之间离子传输的电化学能量存储中起着重要作用。聚合物水凝胶电解质主要由聚合物网络和溶解在溶剂中的导电盐构成。
水凝胶电解质可以有利于克服固态电解质和电极材料之间有限的接触面积。与液体电解质一样，这伴随着高离子迁移率和电导率。
然而，大多数水凝胶电解质来源于化石燃料，其生产产生的废物会导致环境污染，迫切需要开发用于储能应用的可再生材料。
此外，生物聚合物如壳聚糖、纤维素、藻酸盐、木质素和几丁质已被研究用于合成可操作的水凝胶电解质。生物聚合物结构中亲水性-COOH、-OH、CONH 2和-NH 2基团的存在表现出与盐阴离子优先相互作用的强大能力，从而有助于特征性的阳离子传输和盐度溶解度。
基于生物聚合物的水凝胶通常通过聚合物链的物理交联制备，其中涉及离子键和氢键的相互作用，然后通过化学交联形成新的共价键。虽然它们是环保且无毒的，但生物聚合物水凝胶的特点是机械强度差，导致界面结合弱，在机械应变条件下电化学性能可能降低，以及交联不充分。因此，利用基于生物聚合物的水凝胶电解质的储能装置的电化学性能受到严重限制。
生物聚合物基水凝胶电解质的应用
因此，与传统电解质相比，基于生物聚合物的水凝胶电解质可以通过无机填料掺杂、共混和接枝进行有效改性，以提高其机械强度。通过共嵌段聚合或通过混合降低生物聚合物结晶度以及提高延展性和韧性的聚合物单体，甚至可以进一步提高离子电导率。
SC根据其电荷存储机制分为伪电容器和双层电容器。氧化还原和碳基材料的耦合可以制造混合 SC，结合两个电极的电位窗口，扩大设备的整体电压，从而增加 SC 的能量密度。
一个受到聚合物水凝胶电解质关注的领域是可穿戴电子产品。此外，可调节的机械特性、生物相容性、离子电导率和简单的制造以及可拉伸性和对复杂工作环境的适应性帮助基于生物聚合物的水凝胶电解质为柔性电子产品提供了各种可能性。
最近的研究
开发含有基于生物聚合物的水凝胶电解质的 SCs 的最新进展包括使用壳聚糖、纤维素、藻酸盐、木质素、明胶和琼脂糖。在最近的一项研究中，研究人员制备了一种基于 NaCl-琼脂糖的凝胶电解质，其比电容高达 286.9 F g -1。另一项研究涉及合成柔性 SC，该 SC 使用沉积有聚苯胺 (PANI) 的碳布电极和由双交联木质素氢组成的电解质，其比电容为 190 F g -1并具有额外的柔韧性。
此外，考虑制造可压缩、拉伸和扭曲的储能装置的研究产生了一种 SC，该 SC 由水凝胶电解质和电极组成，具有聚丙烯酰胺/海藻酸钠 (PAM/SA) 水凝胶的双网络基质，是可逆变形的。电解质表现出与电极的强结合、增强的电化学电容和在重复拉伸循环后未受损的性能。
在另一项研究中，制备了一种聚丙烯酰胺-壳聚糖基 (PACH/SiO 2 ) 盐包水电解质 (HiSE)。通过更宽的电化学窗口和更高的离子电导率，HiSE 被确定为有效增强锂离子电池。
未来范围
使用天然生物聚合物作为主要成分仍然是一个挑战，因为保持导电添加剂和生物聚合物部分之间的相互作用平衡很重要，这进一步影响了生物降解性和电化学性能。对于科学家来说，专注于使用胶原蛋白、甲壳素、壳聚糖等提取生物聚合物的成本效益高、可重复且可扩展的方法也至关重要。此外，具有水敏感应用的锂离子电池需要开发能够抑制水分解作用的生物水凝胶电解质。
