【研究背景】

微型超级电容器（MSCs）作为一种小尺寸电化学储能装置，能够在受限空间内提供高的功率密度、适中的能量密度、以及优良的循环稳定性，近年来受到了研究界的广泛关注。聚苯胺作为一种经典的导电聚合物材料，具有成本低廉、合成简单、化学稳定性好、质量比容量高的优点，可以用作MSCs的电极材料，助力高能量密度MSCs的制造。聚苯胺MSCs拥有高于碳基MSCs的能量密度和优于微型电池的功率密度，有望填补上述两种储能装置之间的性能空白，是一类极具前景的电化学储能元件。

尽管聚苯胺MSCs的研究在过去十多年里取得了长足的进展，但目前仍缺乏能够全面概括聚苯胺材料的化学性质和合成方法、MSCs的工作原理和制造工艺、以及该领域未来的发展方向的综述性文章。因此，系统总结聚苯胺材料的化学性质和合成策略，梳理其在MSCs领域的研究进展，理清当前存在的研究瓶颈，对于开发下一代高性能MSCs具有重要的指导意义。

【研究简介】

近日，南洋理工大学Li Hong和西南交通大学杨维清教授合作，综述了聚苯胺及其衍生材料在MSCs领域的研究进展。在本综述中，作者首先从工作原理、器件结构、制造工艺、评价参数等方面对MSCs领域的基本常识做了全面总结；然后对聚苯胺材料的化学结构、掺杂原理、合成方法进行了细致介绍；紧接着，作者对近年来纯聚苯胺以及聚苯胺衍生材料在MSCs领域的研究进展进行了详细梳理，评述了这一领域的重要进步和突破；此外，作者还对其他导电聚合物（诸如聚吡咯、聚（3,4-乙烯二氧噻吩））在MSCs领域的研究进展进行了简明扼要的总结。

最后，作者对这一领域未来的发展方向做出了预测，并提出了几点建设性意见，以期为这一领域的从业者提供参考和指导。该成果最近以“Recent advances in polyaniline-based micro-supercapacitors”为题发表在国际期刊Materials Horizons上。Li Hong教授和杨维清教授为本文的共同通讯作者。

【图文导读】

图1. 传统超级电容器及微型超级电容器的应用领域。

图2. 微型超级电容器的经典结构。（a）三明治结构。（b）平面叉指结构。（c）纤维结构，具体可细分为平行式、缠绕式和同轴式结构。（d）3D结构。（e）3D结构电极材料的放大图。

图3. 微型超级电容器的制造工艺。

图4. 聚苯胺微型超级电容器的发展历程。

图5. 聚苯胺的掺杂机理。

图6. 常用的聚苯胺合成方法。（a）溶液聚合法。（b）电化学聚合法。（c）界面聚合法。（d）气相聚合法。

图7. 其他导电聚合物在微型超级电容器中的应用。（a）聚吡咯在微型超级电容器中的应用。（b）聚（3,4-乙烯二氧噻吩）在微型超级电容器中的应用。

【结论】

聚苯胺是最早应用于赝电型超级电容器理论和实践研究的导电聚合物之一，基于聚苯胺电极的MSCs在过去十多年里也取得了长足的发展和进步。然而，下一代聚苯胺MSCs不仅要考虑器件的电化学性能，还要综合考虑微型器件的制造成本、微型器件的批量化制造、器件和其他电子元件的兼容性、器件功能的多样化、以及聚苯胺材料的循环稳定性等问题。

针对这一领域存在的诸多瓶颈和挑战，未来的研究可以参考以下建议：1. 对聚苯胺电极进行微纳结构设计，或对电解液组分进行合理设计，可以提高器件的能量密度；2. 引入导电骨架和导电包覆层，可以提高聚苯胺电极的结构稳定性和循环稳定性；3. 开发基于聚苯胺材料的低成本打印技术，为聚苯胺基MSCs的批量化生产铺平道路；4. 引入先进表征手段，揭示聚苯胺分子结构和电化学性能之间更深层次的关系；5. 在优化器件性能的同时要考虑器件的制造成本，建议在研究工作中公布单个器件的制造成本，便于横向比较；6. 下一代储能器件通常集多种功能于一身（比如自愈合、自充电、可降解、压力传感、电致变色等），开发多功能聚苯胺MSCs也是未来的重要研究方向。