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中國3D打印超級電容器和石墨烯氧化物墨水

國內(nèi)
2019
07/01
16:34
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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!叭欢捎贕O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。




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