中國3D打印超級電容器和石墨烯氧化物墨水

來源：廣西增材制造協(xié)會

國際研究人員在“高濃度氧化石墨油墨用于超級電容器的簡易3D打印”中，進一步深入研究3D打印儲能裝置的制造，使用石墨烯基油墨制造超級電容器。作者專注于直接墨水書寫的好處，適用于創(chuàng)建結(jié)構(gòu)和電子材料，以及生物材料。它通常通過針頭或通過機械壓力擠出。對于研究人員和科學(xué)家來說，它是目前優(yōu)選的制造類型之一——石墨烯：
優(yōu)異的機械性能
化學(xué)穩(wěn)定性
導(dǎo)電率高

氧化石墨烯還具有更好的分散能力，但必須以適當?shù)臐舛忍峁蕴峁耙后w到軟固體的轉(zhuǎn)變?！痹谶@項研究中，作者使用濃度為200mg / mL的GO，具有很高的彈性，模量約為106Pa。

（a），（b）從高濃度油墨中獲得的多孔GO和（c），（d）其還原樣品的SEM圖像。

“該油墨具有3D打印所需的流變性質(zhì)。此外，為了保持打印石墨烯結(jié)構(gòu)在水中的完整性，二甲基十八烷基[3-三甲氧基甲硅烷基丙基]氯化銨溶液[DMAOP]用作官能化試劑，以在還原前除去GO的羥基，”作者說?！斑€實現(xiàn)了具有縮放面電容的不同層中的3D打印超級電容器。該研究結(jié)果具有很大的前景，并且對于在微型電子設(shè)備的有限足跡中實現(xiàn)未來主義的高能量密度超級電容器非常有用。”

研究人員發(fā)現(xiàn)GO墨水適用于創(chuàng)建功能設(shè)備，但需要功能化過程。 GO結(jié)構(gòu)需要在還原前徹底清洗。“然而，由于GO上存在大量親水性羥基官能團，因此極易在GO層之間滲透水分，從而導(dǎo)致打印結(jié)構(gòu)的分解，”研究人員表示。

需要小而強大的能量存儲設(shè)備，可以“賦予大面積電容?！痹搱F隊制造了3層，6層和12層的超級電容器。研究電極的“電化學(xué)性能”，結(jié)果表明活性材料可以有效利用并有助于界面雙層電容的積累。研究人員發(fā)現(xiàn)，在0.2 A / g的密度下，所有電極都具有接近的重量電容，建議所有有效材料都可用于建立界面雙層電容。

（a）在電流密度為0.2和0.4A / g時，不同層的3D打印電極的恒電流充放電曲線的比較; （b）打印結(jié)構(gòu)的特定面積和重量電容與打印層數(shù)之間的關(guān)系。 c）在具有不同打印層的電極之間的EIS光譜中的比較; d）顯示打印的12層電極的橫截面的數(shù)字圖像。

作者發(fā)現(xiàn)巨大的電容值（通過3D打印實現(xiàn)）是“出色的”，盡管由于表面功能化和感應(yīng)阻抗導(dǎo)致電導(dǎo)率可能會降低。研究人員總結(jié)說：“研究結(jié)果表明了一種簡單有效的策略，可用于創(chuàng)建用于儲能應(yīng)用的三維結(jié)構(gòu)導(dǎo)電支架，這可能會對未來電力需求產(chǎn)生深遠影響。”
3D打印能量存儲是一個重要的主題，因為它允許更實惠但功能強大的方式來創(chuàng)建可穿戴設(shè)備的電池，信息存儲和氣凝膠等新材料。

（a）顯示DMAOP與GO的反應(yīng)機理的示意圖; （b）在DMAOP處理之前和之后從高濃度油墨獲得的GO的FT-IR光譜; （c）將具有/不具有DMAOP官能化的樣品的數(shù)字圖像在水中浸泡24小時以比較它們的穩(wěn)定性。