由于易于制造宏觀和微觀可編程幾何形狀的儲(chǔ)能設(shè)備,3D打印越來(lái)越有前景。其中,直接墨水書(shū)寫(xiě)(DIW)技術(shù)提供了一種先進(jìn)的制造方法,通過(guò)逐層沉積來(lái)容易地制造柔性微型超級(jí)電容器的厚電極。印刷厚電極的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以縮短離子傳輸路徑并提高電子轉(zhuǎn)移效率是至關(guān)重要的,但非常具有挑戰(zhàn)性,并且在很大程度上未被探索。
在這項(xiàng)工作中,江南大學(xué)劉天西教授和東華大學(xué)張超研究員等人使用合理設(shè)計(jì)的聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT:PSS)/MXene復(fù)合凝膠作為墨水,展示了用于制備全印刷柔性微型超級(jí)電容器的直接墨水書(shū)寫(xiě)3D印刷方法,無(wú)需繁瑣的過(guò)程和有毒的有機(jī)添加劑。在可印刷油墨中,均勻分布的MXene納米片可以提高PEDOT:PSS溶液的可印刷性,并且還可以調(diào)節(jié)PEDOT:PSS經(jīng)歷膠束到線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的互連電子結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生的3D打印微型超級(jí)電容器和集成器件可以提供特別大的面積電容、卓越的倍率性能和高循環(huán)穩(wěn)定性,即使在異常變形和低溫下也具有與厚度無(wú)關(guān)的電容。因此,這項(xiàng)研究提供了一種簡(jiǎn)單而環(huán)保的方法來(lái)制備基于導(dǎo)電聚合物的墨水,用于定制多尺度集成能源設(shè)備的3D打印。該工作以題為“Direct-Ink-Write 3D Printing of Programmable Micro-Supercapacitors from MXene-Regulating Conducting Polymer Inks”發(fā)表在《Advanced Energy Materials》上。
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