能源问题和环境问题是过去几十年来以及未来较长一段时期之内一直存在的挑战。如何高效且环保的存储能源是当前人类面临的重要问题。而且,随着电子信息技术的不断进步,新型柔性电子产品即将迎来爆发式的增长,而与之密不可分的高效可持续的能源储存器件的研究也成为当前需要解决的科学与技术问题。其中,将绿色生物质资源用于开发新型储能器件可以作为一条解决能源和环境问题的有效途径。纤维素作为自然界储量最大的生物质资源之一,不仅价格低廉、来源广泛、可再生,而且结构独特、易于功能化改性,符合可持续能源储存的要求。导电聚合物是一种独特的有机聚合物,具有廉价易得、环境友好等优点。此外,导电聚合物的制备方法简单,具有可观的导电性能和灵活的掺杂方式。近年来,导电聚合物作为一种赝电容材料,因其较好的电化学性能受到越来越多的关注。本文聚焦于纤维素纤维(CFs)在能源储存领域的应用,以硫酸盐法针叶浆为纤维素纤维原料,导电聚合物(CP)为电化学活性功能材料,以提升导电聚合物/纤维素纤维复合材料(CP/CFs)的电化学性能为最终目标,针对当前CP/CFs在储能领域的应用中所面临的活性物质沉积量低、复合材料导电性差以及比电容低等问题,设计了 CFs改性和CP掺杂新方法,使其满足高性能柔性超级电容器电极材料的要求,在一定程度上解决柔性电子设备对新型柔性电极材料的需求问题。通过新方法和新理论的设计,成功的对CFs进行了改性,对CP的聚合过程进行优化,实现了对活性物质沉积量、材料导电性、热稳定性、比电容和能量密度的提升。主要的研究内容与结论如下:1、通过原位沉积无机纳米羟基氧化锆(ZrO(OH)2)粒子对CFs进行改性,以植酸为掺杂剂,利用植酸对聚苯胺(PANI)的掺杂作用和植酸对金属离子的螯合作用,在CFs上原位聚合苯胺制备了 PANI/ZrO(OH)2/CFs复合电极材料,研究结果表明通过羟基氧化锆对CFs的改性,成功实现了 PANI在CFs上的高效沉积。通过对改性前后复合材料性能的对比,证明了 CFs的改性策略和植酸的掺杂策略促进了复合材料的导电性、阻燃性以及电化学稳定性的提升。2、通过原位制备苯膦酸锆(ZrPP)对CFs进行改性,提升了CFs对苯胺单体的亲和力,将ZrPP/CFs作为基底用于PANI的原位沉积,对改性前后PANI的沉积行为进行了对比,并对PANI/ZrPP/CFs的导电、阻燃以及电化学性能进行了研究。结果表明ZrPP成功的沉积到了 CFs上,并通过苯环之间的π-π相互作用提高了苯胺单体与改性CFs的结合效率,苯胺单体利用率最高可达对照样的两倍左右。此外,PANI/ZrPP/CFs复合材料也表现出色的阻燃性,以及更好的电化学储能性能。3、在以往研究的基础上,设计了新型的掺杂策略,通过原位聚合法制备高导电性聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/纤维素纤维复合材料(PEDOT/CFs)。探索将新型的小分子阴离子掺杂剂磺基水杨酸(SSA)和苯磺酸钠(SBS)引入PEDOT/CFs中,以代替常用的大分子掺杂剂PSS。通过SSA的掺杂,PEDOT均匀地沉积在CFs的表面。SBS作为表面活性剂,不但提高了 EDOT单体的分散性,而且提高了 PEDOT的掺杂水平,所得到的PEDOT具有良好的结晶度和较高的掺杂水平,电导率最高可以达到471.7 S/m,并且具有出色的电化学稳定性、热稳定性、亲水性和柔性。4、通过简单的后处理方法,将天然植物衍生的氧化还原活性分子茜素红S(ARS)与PEDOT/CFs复合,制备高比电容纸基电极材料(PEDOT-A纸电极),复合后的纸基电极材料表现出优异的电容性能。并且将氧化还原活性ARS引入到电解液中,制备了氧化还原电解质。利用PEDOT-A纸电极和氧化还原电解质成功组装了纸基对称超级电容器,结果表明氧化还原活性分子ARS的加入可以显著提升PEDOT纸基电极材料的比电容和能量密度,为新型高性能纸基电容器的开发提供了新的可能。5、以高沉积量PANI/CFs和高导电PEDOT/CFs为原料,通过简单的共混-抽滤法,制备了高性能混合电极材料,研究了不同混合比例对柔性电极材料电化学性能的影响。结果表明,在制得的混合型纸基电极材料中,PANI/ZrPP/CFs主要负责贡献比电容,而PEDOT:SSA-SBS/CFs主要负责提供电子传输通道,二者的结合,显著提升了电极材料的电化学性能,混合电极材料的比电容远高于单一的PANI/ZrPP/CFs和PEDOT:SSA-SBS/CFs电极材料,证明了通过PANI/ZrPP/CFs和PEDOT:SSA-SBS/CFs复合制备高性能纸基电极材料的假设。