日本東北大學與靜岡大學、日本製紙發表了一項研究成果，確認結合水(Bound Water)的存在大幅提升了TEMPO氧化纖維素奈米纖維(CNF)的蓄電特性。CNF蓄電體的特徵在於不使用任何電解液做為構成材料，而透過此次的研究，此蓄電體可利用於高達150°C的廣泛溫度範圍內，且與一般蓄電池相比，已實證具有防水性。
生物質材料的木材可吸收二氧化碳氣體且具有生物降解性，因此由木漿等製成的CNF可望成為碳中性材料而受矚目，然而目前其應用僅限於機械或化學相關領域。TEMPO氧化CNF係由18根奈米纖絲組成，透過周圍利用C6位置以初級羥基取代的COONa官能基進行架橋。研究團隊領先全球，首度發現這種TEMPO氧化CNF具有蓄電特性。此次則進一步分析並解明了其傳導機制，期藉此改善蓄電特性以達到實用化。
一般認為CNF對於濕氣、濕度較為敏感，但具有高達150℃的蓄電特性，且隨著CNF的溫度上升，CNF中的水分蒸發量與交流電阻也會增加。此時，鈉23(23Na)離子之核磁共振(NMR)頻譜峰值的半值寬度隨著溫度升高而減少，且峰值位置發生偏移。由此可知，23Na離子的移動性增加，進入水中的量增加。此外，透過近紅外線分析顯示，顯示存在NaOH的波數4770 cm-1時強度有所增加。由此可知，隨著溫度的上升，以NaOH形式存在的量增加，而此現象是由TEMPO氧化CNF中存在的結合水所引起的。
蓄電體中的電子傳導是由CNF周圍在C6位置被取代的COONa官能基中形成的結合水所促使。由於Na⁺周圍的強烈水合作用，結合水形成了凝膠結構(水合凝膠)。隨著結合水量的增加，帶隙能量增加，即意味著可以防止儲存的電子從CNF周圍洩漏。此次的研究結果可望有助於高達500V的高電壓短時間充電以及空氣、真空中電荷蓄電等技術的開發。此外，透過奈米大小之CNF的使用及其片材的積層化，將可實現蓄電體的大容量化，藉此將能帶動「紙電子(Paper Electronics)」的發展。
資料來源：https://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv_press1102_01web_cellulose.pdf