本文档属于类型b，即一篇科学综述论文。以下是基于文档内容的学术报告：
作者及机构：本文的主要作者包括Keke Du、Youchao Teng、Shuangbao Zhang和Kam Chiu Tam。他们分别来自北京林业大学材料科学与技术学院、北京木材科学与工程重点实验室，以及加拿大滑铁卢大学化学工程系和滑铁卢纳米技术研究所。
发表时间及期刊：本文于2025年发表在《Materials Today Energy》期刊上，卷号为51，文章编号为101891。
论文主题：本文综述了基于纳米纤维素（nanocellulose）的固态电解质（solid-state electrolytes, SSEs）的最新进展，重点探讨了其结构设计、应用及面临的挑战。固态电解质因其在安全性和稳定性方面的显著优势，被认为是未来储能设备（如电池和超级电容器）的重要材料。然而，低离子电导率和不稳定的界面问题限制了其实际应用。纳米纤维素作为一种可再生且环保的材料，因其高比表面积、良好的生物相容性和高机械强度，成为优化固态电解质性能的关键候选材料。
主要观点及论据：
固态电解质的背景与发展
固态电解质的研究可以追溯到19世纪30年代，Faraday首次观察到某些材料在加热时从绝缘体转变为高效导体的现象。随着纳米技术的发展，固态电解质在储能设备中的应用逐渐扩展。纳米纤维素作为一种天然纳米材料，因其独特的物理化学性质，近年来在固态电解质领域得到了广泛关注。纳米纤维素的引入不仅能够通过创建有效的离子传输通道来增强离子电导率，还能提高机械稳定性，抑制金属枝晶的生长，从而改善界面稳定性。
纳米纤维素在固态电解质中的应用
纳米纤维素在固态电解质中的应用主要体现在其作为填料或基质的使用。作为填料，纳米纤维素能够增强电解质的机械强度，同时通过表面功能化（如引入-COOH、-CN等基团）促进离子传输。作为基质，纳米纤维素的三维网络结构能够有效防止填料聚集，并提高电解质的机械强度和离子电导率。例如，Hu等人通过碱性驱动过程，将纳米纤维素基质浸入Cu2+饱和的NaOH溶液中，成功构建了快速阳离子传输通道，实现了室温下1.5 × 10−3 S cm−1的Li+离子电导率。
纳米纤维素增强固态电解质的制备技术
本文详细介绍了多种制备纳米纤维素增强固态电解质的技术，包括溶液浇铸法（solution casting）、原位聚合法（in-situ polymerization）、热压法（hot pressing）、溶胶-凝胶法（sol-gel method）和电纺法（electrospinning）。每种技术都有其独特的优势和挑战。例如，溶液浇铸法是一种简单、低成本的制备方法，适用于大规模生产，但可能面临聚合物结晶和相分离的问题。原位聚合法则能够通过直接在电解质系统中进行聚合反应，提高材料的均匀性和界面兼容性，但其条件敏感性较高，难以大规模应用。
纳米纤维素增强固态电解质的应用
纳米纤维素增强的固态电解质在锂离子电池（LIBs）、钠离子电池（SIBs）、锌离子电池（ZIBs）和超级电容器等储能设备中展现了广泛的应用潜力。在锂离子电池中，纳米纤维素不仅能够通过提高电解质的机械强度来抑制锂枝晶的生长，还能通过扩展电化学窗口（ESW）来增强电池的安全性和循环稳定性。例如，Wang等人报道了一种基于细菌纤维素（BC）增强的PEO基固态电解质，其在60°C下表现出优异的锂枝晶抑制能力，锂枝晶穿透时间延长至1200分钟。
纳米纤维素增强固态电解质的挑战
尽管纳米纤维素在固态电解质中展现了巨大的潜力，但其应用仍面临诸多挑战。首先，纳米纤维素的亲水性和吸湿性可能影响电解质的化学稳定性，特别是在高湿度环境下。其次，纳米纤维素的高结晶度可能限制聚合物链的流动性，从而降低离子电导率。此外，纳米纤维素与无机材料之间的界面兼容性问题也可能影响电解质的整体性能。为了解决这些问题，研究者们提出了多种策略，如表面功能化、界面润湿和引入柔性中间层等。
纳米纤维素增强固态电解质的可持续性
纳米纤维素的可持续性是其应用于固态电解质的一个重要优势。作为一种可生物降解的材料，纳米纤维素能够减少储能设备生产过程中的碳足迹。然而，固态电解质中的其他组分（如聚合物和无机材料）可能对环境产生不利影响。因此，未来的研究需要进一步优化纳米纤维素的生产工艺，并开发更环保的复合材料，以实现真正的可持续发展。
论文的意义与价值：
本文全面综述了纳米纤维素在固态电解质中的最新研究进展，系统地探讨了其结构设计、制备技术、应用及面临的挑战。通过总结现有的研究成果，本文为未来纳米纤维素增强固态电解质的研究提供了重要的理论依据和技术指导。此外，本文还强调了纳米纤维素在推动储能设备可持续发展方面的潜力，为开发更安全、更高效的下一代储能系统提供了新的思路。
论文的亮点：
1. 本文首次系统地总结了纳米纤维素在固态电解质中的应用，涵盖了从结构设计到实际应用的各个方面。
2. 通过详细分析纳米纤维素在提高离子电导率、机械强度和界面稳定性方面的作用，本文为优化固态电解质的性能提供了新的视角。
3. 本文还探讨了纳米纤维素增强固态电解质在可持续性方面的潜力，为未来的绿色储能技术发展提供了重要参考。
本文不仅为研究者们提供了纳米纤维素在固态电解质中应用的最新进展，还为未来该领域的研究方向和应用前景提供了深刻的见解。