Conducting polymers for battery applications have been subject to numerous investigations during the last two decades. However, the functional charging rates and the cycling stabilities have so far been found to be insufficient for practical applications. These shortcomings can, at least partially, be explained by the fact that thick layers of the conducting polymers have been used to obtain sufficient capacities of the batteries. In the present letter, we introduce a novel nanostructured high-surface area electrode material for energy storage applications composed of cellulose fibers of algal origin individually coated with a 50 nm thin layer of polypyrrole. Our results show the hitherto highest reported charge capacities and charging rates for an all polymer paper-based battery. The composite conductive paper material is shown to have a specific surface area of 80 m2 g−1 and batteries based on this material can be charged with currents as high as 600 mA cm−2 with only 6% loss in capacity over 100 subsequent charge and discharge cycles. The aqueous-based batteries, which are entirely based on cellulose and polypyrrole and exhibit charge capacities between 25 and 33 mAh g−1 or 38−50 mAh g−1 per weight of the active material, open up new possibilities for the production of environmentally friendly, cost efficient, up-scalable and lightweight energy storage systems.

It is demonstrated that it is possible to coat the individual fibers of wood-based nanocellulose with polypyrrole using in situ chemical polymerization to obtain an electrically conducting continuous high-surface-area composite. The experimental results indicate that the high surface area of the water dispersed material, to a large extent, is maintained upon normal drying without the use of any solvent exchange. Thus, the employed chemical polymerization of polypyrrole on the microfibrillated cellulose (MFC) nanofibers in the hydrogel gives rise to a composite, the structure of which—unlike that of uncoated MFC paper—does not collapse upon drying. The dry composite has a surface area of ∼90 m2/g and a conductivity of ∼1.5 S/cm, is electrochemically active, and exhibits an ion-exchange capacity for chloride ions of 289 C/g corresponding to a specific capacity of 80 mAh/g. The straightforwardness of the fabrication of the present nanocellulose composites should significantly facilitate industrial manufacturing of highly porous, electroactive conductive paper materials for applications including ion-exchange and paper-based energy storage devices.