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大连化物所制备出可自然降解的可植入微型超级电容器

研发快讯 2023年12月09日 10:55:36来源:大连化学物理研究所 20376
摘要微型超级电容器在未来可穿戴和可植入电子设备领域具有应用潜力,但用于微型超级电容器的传统材料往往不可降解且具有生物毒性,无法实现器件在体内的稳定存留,并会产生大量的电子垃圾,难以满足未来器件的无害化和可植入的使用需求。

  【仪表网 研发快讯】近日,大连化物所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组(508组)吴忠帅研究员团队和辽宁省肿瘤医院张鑫丰教授团队合作在环境友好和可植入式储能器件开发方面取得新进展,研制出可自然降解且生物相容的可植入微型超级电容器
 
  微型超级电容器在未来可穿戴和可植入电子设备领域具有应用潜力,但用于微型超级电容器的传统材料往往不可降解且具有生物毒性,无法实现器件在体内的稳定存留,并会产生大量的电子垃圾,难以满足未来器件的无害化和可植入的使用需求。可降解材料在自然条件下可以被分解为无害的小分子,而且通常具有优异的生物相容性,是制备可降解和可植入微型超级电容器的首选材料。
 
  本工作中,研究人员将具有良好可降解性的淀粉和聚己内酯(PCL)制备成为封装材料和柔性基底,并采用羧甲基纤维素和膨润土调节电极和电解质浆料的流变性,在此基础上结合团队前期开发的3D打印策略(Energy Storage Mater.,2023;Adv. Mater.,2022;J. Energy. Chem.,2021)构筑出可降解的可植入平面微型超级电容器。由于器件使用的所有高分子材料均具有可降解特性,该微型超级电容器在天然土壤中90天左右实现了顺利降解。此外,高浓盐电解质的应用赋予了该器件优异的耐低温性能,其在-20℃条件下仍可以正常工作。高生物相容性的PCL/淀粉膜的封装使得该器件可以在生物体内(SD大鼠)稳定存在而不损害周围组织。本工作为设计与创制环境友好且生物相容的可降解可植入微型储能器件提供了新途径。
 
  该工作以“A Biodegradable High-Performance Microsupercapacitor for Environmentally Friendly and Biocompatible Energy Storage”为题,发表在《美国化学会 纳米》(ACS Nano)上。该工作的第一作者是我所508组博士后吴鲁和辽宁省肿瘤医院博士后康悦。上述工作得到了国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。(文/图 吴鲁、师晓宇)

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