研究制备出可自然降解的可植入微型超级电容器

文章来源：中国科学报  作者：孙丹宁

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员吴忠帅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，研制出了可自然降解且生物相容的可植入微型超级电容器。相关成果发表在《美国化学会 纳米》上。

可植入微型超级电容器示意图。大连化物所供图

超级电容器是一种能量储存器件，它利用电解质离子在电极表面、近表面发生吸附/脱附或快速的氧化还原反应来进行能量的存储。由于其能量储存过程只发生在表面和近表面，不涉及体系内部反应，因此超级电容器具有充放电速度快、循环寿命长、安全性好等优点，是电化学储能器件中极具实力的“短跑运动员”。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。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06442