生物质大分子在能源储存领域的应用
第4卷㊀第1期
2023年8月
新能源科技
New Energy Technology
Vol.4,No.1
August,2023
㊀基金项目：江苏省科技厅自然科学基金青年项目(BK20210608)㊂
㊀作者简介：陈祖鹏(1988 )，男，江苏南京人，教授，博士；研究方向：生物质高值化利用㊂
生物质大分子在能源储存领域的应用
陈祖鹏，董煜国，董㊀琳，顾晓利
(南京林业大学化学工程学院林产化学与材料国际创新高地，江苏南京210037)
摘要：储能技术能够将能源以物理或化学的方式储存，直至需要的时候再释放出来㊂现阶段，储能相关的材料往往都是由不可再生资源制备，并且大多都采用高污染㊁高成本的方式生产㊂在当前能源危机加剧和气候变暖的威胁下，使用可再生的生物质资源替代传统的石化资源显得尤为重要㊂作为含量最丰富的天然高分子材料，木质纤维素和甲壳素在合成电池相关材料(尤其是电极㊁固态电池㊁隔膜)和生物燃料方面显示出了举足轻重的作用㊂文章综述了木质素㊁纤维素㊁半纤维素以及甲壳素4种典型的生物质大分子在合成生物基电极㊁生物基固态电解液㊁生物基电池隔膜以及生物燃料方面的研究进展，并展望了未来研究的重点方向㊂
关键词：生物质；电极材料；固体电解质；电池隔膜；生物燃料中图分类号:TK6㊀㊀文献标志码:A
0　引言
㊀㊀自工业化以来，人类生活水平不断提高，气候变化问题不断加剧，能源危机不断升级，各国在‘巴黎协定“中统一了努力将气温上涨幅度控制在1.5ħ的目标㊂2020年9月，习近平总书记在联合国大会上提出，中国将实现 2030年碳达峰㊁2060碳中和 的 双碳 目标，预示着中国能源产业格局将会发生重大转变[1-2]㊂风能㊁太阳能㊁生物质能等清洁能源的使用将对进一步改善能源结构㊁保护生态环境以及实现可持续发展有重大意义㊂然而，当前石油仍是消耗量最大的能源，煤㊁石油㊁天然气燃料的消费总量约占世界一次能源消费总量的85%[3]，严重威胁了能源安全㊂为减少对石化资源的依赖，新能源发电技术正在全球范围内逐步替代传统的煤炭发电技术，更可靠㊁高效率的电动机也在一些常见场合替代传统的内燃机技术㊂但如何储存和运输能量已成为限制电动机和新能源电池应用的关键因素之一㊂因此，开发高能量密度的储能技术，对于实现可持续发展有着重要意义㊂
现阶段，储能技术主要包括机械储能㊁电化学储能㊁化学储能等技术种类，电化学储能主要是利用电池进行储能的方式，不受自然条件限制，具有可移动㊁高效率等优势[4]，如铅酸电池㊁锂离子电池㊁钠离子电池㊁化学电池等㊂随着电子设备和新能源汽车的流
行,
电池技术已与人们的生活息息相关㊂构成电池的主要部件为电极材料㊁电解液㊁隔膜，如图1所示㊂当前的电极材料和电解质大多由不可再生资源生产，已不能满足当前对于大力发展生物质资源的需求㊂
图1㊀电池结构示意图及其工作原理
此外，具有高速率特性的超级电容器，是下一代能源储存的发展方向，但其性能仍然受到电极㊁隔膜等器件性能的限制，开发高性能㊁可再生的电元器件材料迫在眉睫㊂燃料也可作为一种储能介质，但有关生物燃料的研究经常被忽视㊂生物燃料具有低污染㊁易运输的特点，并且可快速充能，避免了电池充电的等待时间，已成为当前替代汽油㊁柴油的最佳选择之一㊂如图2所示，生物质在储能领域有着广泛的应
用，与电化学㊁化学㊁电气储能技术密切相关，如何用生物质资源生产电极材料㊁隔膜㊁电解质以及燃料成为一项挑战
㊂
图2㊀生物质在储能领域的应用范围
每年，我国生物质资源产量约为35亿吨，分布十分广泛，其中秸秆的产量约为10.4亿吨㊂秸秆中产量最高的是玉米秸秆㊁稻草秸秆以及麦秆3种，约占秸秆总产量的75%[5]，作为作物生产中的主要副产物，秸秆长期在生产和生活中发挥着重要的作用㊂随着研究的深入，这些生物质资源在储能领域也逐渐展示出了举足轻重的地位㊂从化学成分分析，秸秆主要是由木质素㊁纤维素以及半纤维素构成㊂木质素是由3种苯丙烷基通过C-C㊁C-O 键等化学键连接而成的天然高分子，是自然界中极少数能够提供可再苯环的生物质之一㊂由于其较高的碳含量，被广泛研究用以制备电极材料[6]㊂纤维素是由葡萄糖组成的多糖类化合物，已被广泛用于生产纤维素乙醇[7]㊂除木质纤维素外，甲壳素作为地球上第二大可再生资源，也被开发出作为电解质的用途[8]㊂
与其他生物质相比，纤维素㊁半纤维素㊁木质素以及甲壳素这4种高分子化合物具有来源广泛㊁储量丰富㊁官能团丰富等特点，并且作为天然高分子，以其为基本结构框架，通过接枝㊁交联等方法引入具有特定功能的活性基团，可获得具有良好物理化学性能的新型功能材料㊂这能够显著降低材料合成的成本，增强材料的电化学性能和力学性能，降低对传统石化产品的依赖程度，并且带来良好的环保效益㊂然而，生物质资源在储能领域的应用尚未得到总结，本文将综述木质素㊁纤维素㊁甲壳素为代表的生物质资源在生产电极材料㊁电解液㊁电池㊁生物燃料等常见储能领域的应用㊂
1　生物基电极材料
㊀㊀电极材料需要有良好的导电性和稳定性，因此常
见的电极材料大多由铜㊁钨等金属组成㊂随着研究的深入，碳材料具有廉价㊁来源丰富的特点，并且具有密度小㊁易于加工的优势，已成为制造超级电容器的电极材料的主要原料㊂碳材料可根据其石墨化程度的不同，分为无定形碳和石墨碳两种㊂其中，无定形碳因制备方式简便，原料来源广泛，并且存在运输电子
的通道，有着非常高的电导率，是当前电极领域的重要材料㊂而石墨碳存在较少的晶格缺陷，电子迁移时受到的阻力较小，因此作为电极材料使用时，能够让电池表现出良好的动力学性能㊂超级电容器的能量密度与电极材料的比电容密切相关，文献[9]讨论了消耗电解质型对称超级电容器的能量密度与电极比电容㊁电解质能量密度㊁工作电压之间的关系㊂如式(1)所示，当其他参数保持不变时，电极的比电容越大，则电容器的能量密度越大㊂
E =18C p V 211+
C p V
4αc 0F
(1)
㊀㊀其中E ,C p ,V ,α,c 0,F 分别表示能量密度㊁电极的比电容㊁工作电压㊁小于1的非单位常数㊁电解质的盐浓度以及法拉第常数㊂
大量的研究工作使用各种生物质原料制备碳纳米材料，木质素含碳量高㊁价格低廉，是十分理想的碳源㊂木质素主要由苯丙烷基构成，在热解时容易团聚，从而生成具有热塑性的无定形碳，而不生成碳微晶[10]㊂文献[11]采用微波加热法制备了微孔量高达0.70cm 3㊃g -1的木质素多孔碳，中孔的比例为65.8%，表面氧含量达到了16.5%，大幅提高了材料的比电容㊂作者使用这种木质素多孔碳制备了具有较高能量密度的超级电容器，并且在0.5A㊃g -1下具有173F ㊃g -1的比电容㊂然而，碳材料本身的比电容较低，仅通过对形貌㊁粒径等因素的调节不足以合成高性能电极材料，而在碳材料上引入其他材料以增强电极电化学性能的方法已被证实可行，也成为制备具有良好电极性能的主要方式㊂文献[12]采用水热法将NiCo 2O 4纳米材料沉积在聚丙烯腈和木质素基碳纳米纤维柔性混合的碳纳米纤维(CNFs)表面上，制备了具有优异电化学性能的复合材料(NiCo 2O 4@
CNFs)㊂NiCo 2O 4@CNFs 在2mA ㊃cm -2的条件下具有
1757F ㊃g -1
的比电容，并在7mA ㊃cm -2下循环超过5000次后仍有138%的电容保持率㊂此外，以NiCo 2O 4@CNFs 组装的超级电容器在1A ㊃g -1的电流
密度下仍有143.3F ㊃g -1的比电容，最大能量密度达
47.75Wh ㊃kg -1㊂
从式(1)可知，在不改变电容材料性质的前提下，增加电极的比电容是提高超级电容器的能量密度的重要方法㊂因此，可通过提高电极的比表面积㊁引入杂原子㊁改变形态和结构等方式增加比电容，制备高能量密度的超级电容器㊂为此，文献[13]采用自模版法制备了具有高比表面积和优异电化学性能的木质素衍生分层多孔碳(LHPCs)，并在1M 的ZnSO 4电解液中
组装了混合超级电容器，实现了高达135Wh㊃kg-1的超高能量密度㊂
与木质素制备出的碳不同的是，纤维素碳在热解时会伴随着水㊁二氧化碳的释放，分子重排生成具有平面结构的碳网，随着碳网的生长，碳网逐渐堆积，从而生成有序的㊁缺陷较少的层状石墨碳材料，提高了电池的动力学性能[14]㊂文献[15]以热解细菌纤维素包覆的MnO2为正极材料，掺氮的热解细菌纤维素为负极材料，制备出了新型高性能的非对称超级电容器㊂这种超级电容器在1M的Na2SO4电解液中以2V的工作电压进行可逆充放电实验，最高32.91Wh㊃kg-1的能量密度，并且在连续使用2000次后仅损失4.6%的容量㊂
由于半纤维素亲水性好，易降解，成为制备多孔碳材料的理想原料，但是所得的碳材料是石墨化程度较低的无定形碳，导致其具有较差的比电容㊂为解决此问题，文献[16]开发了一种无模版的一步法工艺，将半纤维素制成石墨多孔碳球，作为超级电容器的电极材料㊂该电极能够缩短电解质的离子传输距离，并且在1A㊃g-1下有262F㊃g-1的电容，超10000次循环后仍有95%的容量㊂
除了木质素㊁纤维素㊁半纤维素外，直接使用生物质制备碳材料从而避免了三素分离过程，可有效降低生产成本㊂文献[17]提出了以不同方法处理甘蔗生物质从而改变木质纤维素成分的方法，制备了石墨化程度和孔隙率更高的甘蔗碳材料㊂甘蔗碳材料作为钠离子电池的阳极，初始可逆容量为229mAh㊃g-1，经过50次循环使用后，电池的可逆容量为189mAh㊃g-1，并且有74.2%的放电容量是在低于0.5V的电压下释放的㊂文献[18]采用纤维素酶对纤维素的水解作用，在木质中空管状细胞中构筑了中孔和微孔，制备了比表面积高达1418m2㊃g-1的电极，拥有高达384F㊃g-1的电容值㊂使用该电极组装的对称超级电容器显示出了10.97Wh㊃kg-1的高能量密度，经15000次循环后稳定性高达86.58%㊂
甲壳素含有大量的酰胺基和羟基，易形成有氮原子掺杂的碳材料，在合成高比电容的碳电极方面有巨大潜力㊂文献[19]以甲壳素为原料㊁KMnO4为活化剂，合成了有杂原子掺杂的分层多孔碳材料㊂经优化后的分层多孔碳材料含有大量的氮氧官能团，比表面积高，在0.5A㊃g-1下具有412.5F㊃g-1的比电容，经1000次循环后，仅有0.4%的电容损失㊂
生物炭的利用已有数千年的历史，现阶段许多技术能够根据不同用途进行工业化生产，并广泛用于防腐㊁染料㊁电极以及碳材料制备等领域㊂而硬碳材料是生物炭的下游产品，同时也是当前钠离子电池的主要负极材料，其在生物基电极材料领域的地位十分重要㊂济南圣泉集团股份有限公司(下称 圣泉集团 )于2022年12月17日发布公告称将投资建设年产10万吨生物基硬碳电极材料，从生物炭制备到硬碳电极材料都将由圣泉集团独立生产[20]㊂该硬碳电极材料的克容量约为300mAh㊃g-1，首次效率为88%，与同类产品相比，性能优势明显[21]㊂此外，圣泉集团还建立
了年产150吨的生物基石墨烯生产线，并申报了年产2000吨的生物基石墨烯生产线[22]㊂这些都表明，生物基碳材料已经初步具有工业化生产能力㊂
总而言之，由于生物质碳材料环保㊁可再生的特点，在电化学储能领域已经开展了系统而广泛的研究，显示出了良好的应用前景㊂然而，与现阶段已广泛应用的商用电池相比，由生物质碳材料组装的电容器的能量密度仍然很低，这成为生物质碳材料在储能领域大规模应用的巨大挑战之一㊂为提高能量密度，将改性的生物质热解成高比表面积㊁合适形貌的生物质碳，将成为提高电极比电容和电容器能量密度的首要选择㊂
2　生物基固体电解质
㊀㊀现阶段，电池中的电解质大多以盐为主要原料，为实现电池绿环保的要求，研究人员开始探索使
用天然的生物质及高分子制备出新型凝胶聚合物电解质㊂
木质素是由3种苯丙烷基通过C-C㊁C-O键等化学键连接而成的天然高分子，作为制浆造纸行业的副产品，每年木质素的产量都超过5000万吨㊂由于木质素中丰富的芳香环和醚键，有利于离子的解离和传导，因此将木质素改性用以制备固体电解质已成为一个十分吸引人的方向㊂基于此，文献[23]报道了一种由木质素电极和木质素电解质组成的超级电容器，即从杨木提取出的木质素制备多孔碳电极，并将木质素和聚丙烯酰胺交联制备了凝胶聚合物电解质㊂该装置在1A㊃g-1的电流密度下拥有181.5F㊃g-1的比电容，并在2000次循环后仍能够保持超过80%的电容；所制备出的超级电容器有最高40.8Wh㊃kg-1的能量密度㊂这项研究以木质素为主要原料，同时制备出电极材料和电解质，并用于超级电容器的制备中，表明了木质素在超级电容器中的重要应用㊂
由于木质素热稳定性好㊁刚性较强，且其复杂的分子结构导致木质素的导电性不稳定，而传统的固体聚合物电解质，如聚乙二醇，聚环氧乙烷等，则具有相反的性质[24]㊂因此需要设计一种能够将木质素和这
些固体聚合物电解质的优点结合，制备出一种同时具
有良好稳定性㊁离子传导性且易于成膜的聚合材料㊂
文献[25]将木质素中的羟基转化为烯，并向聚乙二醇
中引入硫醇基团，在光照条件下发生硫醇烯反应，实
现了在木质素大分子上接枝聚乙二醇㊂向所得材料
中添加双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)，制备了新型聚
合物电解质，在308K下拥有1.4ˑ10-4S㊃cm-1的离子电导率㊂
纤维素作为一种丰富的天然聚合物，可通过简单
的加工合成出具有不同官能团和化学性质的衍生物,
从而表现出了不同的物理性能㊂甲基纤维素具有良
好的韧性，并且可通过化学反应连接其他导电基团,
如磺酸基等，从而增加离子电导率㊂文献[26]通过热
处理与氨基甲磺酸反应得到功能化纤维素，并加入LiClO4得到掺锂的电解质膜㊂所得的聚合物电解质有超过1.6mS㊃cm-1的电导率，几乎没有电子泄露；组装成的纤维素基超级电容器在0.1mA㊃cm-2的条件下有8.93mF㊃cm-2的比电容，是掺锂的聚环氧乙烷的37倍；纤维素基超级电容器能够重复利用30000
次㊂细菌纤维素有较多的含氧官能团，力学性能良好，在电解质制备领域中备受关注㊂文献[27]细菌纤维素和聚丙烯酰胺为原料，合成了增强型水凝胶电解质，具有125mS㊃cm-1的离子导电率和330kPa的拉伸强度，并且可拉伸性约为1300%㊂将聚苯胺负载的石墨烯胶囊化聚酯纤维为柔性电极，增强型水凝胶电解质合成了一种全固态超级电容器，具有564mF㊃cm-7的比电容，并且在反复弯曲后电容值不会明显降低，有望用于可穿戴领域㊂
作为含量仅次于木质纤维素的天然高分子，大量
的研究表明，甲壳素能够在离子液体中溶解，并且可
在加入高浓度的甲壳素时生成离子凝胶[28]㊂文献[29]报告了基于甲壳素的电解质生产技术，使用氢氧化钠㊁一以及N-乙酰-D-氨基葡萄糖制备出了具有不同程度羧甲基化和乙酰化的改性甲壳素，并作为电解质使用㊂改性甲壳素的离子电导率为从未改性时的10-9S㊃cm-1提升到了10-6S㊃cm-1，向其中引入60%的离子液体([Bmim][AC])后，离子电导率达到了1.16ˑ10-3S㊃cm-1；此外，改性甲壳素无论加或不加离子液体都能够形成独立薄膜，所得的固体电解质的离子电导率达到了10-3S㊃cm-1㊂
当前固体电解质仍普遍处于研究阶段，生物基固
体电解质作为其中的一个新兴芳香，尚未有过代表性
的技术进入中试及工业化阶段㊂
生物基电解质因其具有较好的电导率和比电容,
有望替代传统液体电解质㊂然而，生物基电解质非常依赖致密接触的固体颗粒来传导离子，因此在当电解质分布不均时，生物基电解质对离子的传导能力往往有限，无法发挥全部的电化学性能㊂除此之外，由于固体电解质流动性差，因此电极难以与电解质的接触难以得到保证，容易引发安全隐患㊂如何制备性质更加均匀㊁性能更好的生物基电解质，以及改善固体电解质与电极之间的接触将成为后续研究的重点㊂
3　生物基电池隔膜
㊀㊀电池隔膜是在电池正负极之间防止两极接触，让离子通过的材料，对于电池的综合性能和安全使用至关重要㊂现阶段，由于受到隔膜的润湿性和热稳定性差的影响，电池的发展仍不满足使用需求㊂由于环保政策的加严和控制成本的要求，使用环保㊁廉价㊁可再生的生物基材料替代或减少传统隔膜材料已成为必需的策略㊂此外，为提高电池的性能，研究人员致力于研究基于生物质高分子改性的环保电池隔膜㊂木质素大分子中含有大量的如羟基㊁醚键等极性基团，表现出了独特的物理化学性质，能够增强与电解液的亲和力，促进盐的解离，被认为是构建电池隔膜的理想材料[30]㊂扫描电镜图片显示，木质素能够显著抑制锂枝晶的生成，并且能够生成稳定的固体电解质界面膜；此外，由木质素隔膜组装成的电
池在1C 的电流密度下循环100次后只损失了4.9%，比使用聚丙烯作隔膜的电池的损失率提高了5.1%㊂文献[31]利用聚酰亚胺和木质素的物理混合和电纺丝技术制备了一种高性能木质素电池隔膜，与聚酰亚胺和聚丙烯隔膜膜相比，木质素隔膜的性能十分优异，测得液体吸收率为592%，锂离子迁移率为0.787，离子电导率为1.78ˑ10-3S㊃cm-1，并且在超过623K的温度下仍能保持稳定㊂文献[32]采用了简易㊁低成本的水基方法制备了木质素-聚乙烯醇纳米纤维膜，用作锂离子电池的隔膜㊂所制备的薄膜具有互穿网络结构，从而有较高的电解液吸收率和润湿性，由于木质素出的热力学性能，该隔膜具与商用的Celgard隔膜相比，有着良好的热稳定性和阻燃性㊂虽然锂离子电池是当前研究最多㊁最有前景的电池之一，但除了锂离子电池外，有关于其他类型电池或电容所需隔膜的研发也不应该停止㊂基于此，文献[33]聚乙二醇木质素㊁聚乙二醇和马来酸酐为原料，通过熔融缩聚法制备了新型木质素基聚酯隔膜，并应用作于双电层电容器的隔膜㊂研究发现，这种木质素基聚酯隔膜具有良好的柔韧性和优越的电化学性能，与商用的双电层电容隔膜的性能相当㊂
在电池中，由于金属离子会沿着隔膜中的空隙生
长，产生了金属晶体，因形似枝，被称为枝晶㊂随着枝
晶的生长，有可能会刺破隔膜，从而导致正负极直接
接触，发生安全隐患㊂而纤维素含有丰富的含氧官能
团，能够抑制穿梭效应；同时纤维素对锂金属有良好
的润湿性，能够帮助锂离子快速扩散，并且引导金属
均匀的沉积，从而抑制枝晶生成，因此纤维素基隔膜
已经成为一个十分火热的方向㊂文献[34]采用过滤
方法制备了棉花纤维素膜，并将其作为锌离子水电池
的隔膜㊂所得的隔膜有均匀致密的孔状结构㊁丰富的
羟基和优异的机械性能，有56.95mS㊃cm-1的离子电导率，且能够在1000mAh㊃cm-2时保持稳定；与使用其他隔膜的电池相比，使用这款隔膜的电池的循环能
力显著提高㊂文献[35]开发了一种由纤维素纳米纤
维和氧化石墨烯组成的隔膜，制备了无枝晶且稳定的
锌离子电池㊂由于隔膜表面丰富的负电荷和亲锌的
氧基团，促进了锌物种和隔膜之间的相互作用，并且
促进了锌离子的均匀成核，在2mA㊃cm-2下实现了超过400h的超长循环寿命㊂遗憾的是，纤维素在水中易润胀，因此纤维素浸泡在电解液中往往会导致隔膜的机械强度降低，从而导致安全隐患[36]㊂为解决这个问题，研究人员借鉴木质素在木材中的功能，将木质素与纤维素结合，开发出了含木质素的新型纤维素隔膜㊂文献[37]采用含木质素的纤维素纳米纤维，制备了具有高孔隙率㊁良好电解质润湿性㊁优异稳定性的可降解膜，并用作锂离子电池的隔膜㊂使用该可降解膜的电池在100次循环后比电容为161mAh㊃g-1，容量保持率为91%；并且在以磷酸钒锂为阴极的高达4.8V高电压体系中，使用可降解膜的电池显示出了669Wh㊃kg-1的能量密度和183mAh㊃g-1的比电容㊂以上结果表明，尽管稳定性仍需要进一步提高，但整体而言由纤维素制备的电池隔膜性能优异，具有抑制晶枝生成的效果，有良好的应用前景㊂
与木质素和纤维素相比，甲壳素制备电池隔膜的
研究刚刚起步，只有极少数的研究以甲壳素为原料合
成了电池隔膜㊂文献[38]以虾壳中为原料制备了甲
壳素纳米纤维，并且通过调节柠檬二氢钠的用量调节
了所得的甲壳素纳米纤维膜的孔径㊂通过优化隔膜
的孔径，使用甲壳素纳米纤维膜的磷酸铁锂/锂(LiFePO4/Li)电池的电化学性能与使用商业化聚丙烯隔膜的电池性能相当，甚至在393K下表现出了更好的性能㊂随后，该团队又报道了一种基于氰乙基接枝甲壳素纳米纤维的高性能锂离子电池隔膜[39]㊂与商用的聚丙烯隔膜相比，使用该方法制得的隔膜有更好的循环性能和相近的倍率性能；值得注意的是，使用该隔膜的电池也能够在393K的温度下正常工作㊂
隔膜的厚度是影响电化学性能的首要因素，厚度
适中的隔膜可降低电池的内阻，提高电池性能㊂此
外，隔膜的离子透过率㊁孔径㊁孔隙率等因素会影响电
池离子导电性，在保证不增加内阻的情况下，提高离
子电导率能显著提高电池的能量密度，增强充放电性
能㊂均匀的孔径分布可以保证稳定的离子流，有助于
抑制枝晶的生长；过低的孔隙率不利于储存电解液,
同时会增加电池的内阻，而过高的孔隙率则会降低材
料的机械强度，引发危险[40]㊂除此之外，隔膜的电解液润湿性可以影响电流密度，防止电解液泄露，对于
电池的安全性至关重要㊂
随着研究的深入，生物基电池隔膜的生产技术也
逐渐进入到中试阶段㊂中国科学院崔光磊团队历经
多年的技术攻关，采用无纺布法，以纤维素为原料制
备了耐热㊁阻燃的纤维素基电池隔膜，并研制了相关
的生产加工设备[41]㊂该项目所采用的技术具有全自主知识产权，现已试车成功，有望打破国外高端电池隔膜的技术垄断㊂
总之，电池隔膜是分隔电池正负电极，防止短路,
因此隔膜的稳定性尤为重要㊂虽然目前已研发的生
物基隔膜可有效减少锂电池中枝晶的生成，能够增强
电池的稳定性，但只在部分锂电池中得到了应用，主
要是因为力学性能差㊁电流密度分布不均等问题的存
在，限制了其广泛的使用㊂此外，由于现阶段纤维素
性质不均㊁实际应用效果差，导致了目前尚未无大规
模生产的技术㊂后续开发出功能性更强㊁对原料要求
不高的隔膜材料将进一步改善生物基隔膜的前景㊂
生物能源4　生物燃料
㊀㊀与其他储能方式不同的是，生物燃料能够将能量以化学能的方式储存，得到便于储存和运输的固㊁液或气体，然后再通过燃烧等方式释放出来㊂
生物质固体燃料主要是将生物质压缩㊁粉碎得到
生物质颗粒，这种颗粒与生物质原料相比，体积大幅
减少，更利于运输和储存，同时改善了燃烧性能㊂传
统的生物质颗粒生产时往往需要烦琐的预处理过程
才能将生物质转化为颗粒，而未经处理的生物质往往
无法用于生产颗粒㊂基于此，文献[42]采用超声波振
动法辅助了小麦秸秆生产颗粒，在超声波振动的同时
将生物质压制成颗粒㊂研究表明，在相同的制粒压力
下，经超声波处理的原料能够制得密度更高㊁耐用性
更好的颗粒，而不经超声处理的原料难以得到致密的
颗粒㊂
生物质气体燃料可分为沼气㊁生物质热解气㊁生
物质氢等，其中氢气具有能量高㊁无污染㊁用途广的特

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