納米科學:研究人員使用3D打印制作超快石墨烯超級電容器
該團隊使用稱為直接墨水書寫和石墨烯-氧化物復合墨水的3D打印工藝,能夠打印微型電極并構建具有卓越性能特征的超級電容器。結果于1月20日在線發(fā)表在納米快報上,并將刊登在3月期刊的封面上,使用我們的3D打印石墨烯電極的超級電容器裝置,其厚度為毫米級,具有出色的電容保持力和功率密度,”相應的作者YatLi說,UCSantaCruz的化學副教授?!斑@種性能大大超過了具有厚電極的傳統(tǒng)器件的性能,并且它等于或超過了使用10到100倍電極制成的電極所報告器件的性能,LLNL工程師ChengZhu和UCSC研究生TianyuLiu是該論文的主要作者?!斑@突破了二維制造能夠做到的局限,”朱說?!拔覀兛梢灾圃齑罅康?D架構。例如,在手機中,您只需要留出一小塊區(qū)域進行儲能。幾何結構可能非常復雜。超級電容器也可以非??焖俚爻潆?,朱說,理論上只需幾分鐘或幾秒即可達到滿負荷。未來,研究人員相信新設計的3D打印超級電容器將用于創(chuàng)建獨特的電子設備,這些電子設備目前很難甚至無法使用其他合成方法制造,包括完全定制的智能手機和紙質或可折疊設備,同時時間達到前所未有的性能水平。根據(jù)Li的說法,幾個關鍵的突破使這些新型器件成為可能,從開發(fā)可印刷的石墨烯基墨水開始。對與氣凝膠處理兼容的3D打印方案的修改使得可以在3D打印結構中保持單個石墨烯片的重要機械和電學性質。最后,使用3D打印智能地將周期性大孔設計到石墨烯電極中顯著增強了質量傳輸,使得該裝置能夠在不降低其容量的情況下支持更快的充電/放電速率。這項工作提供了一個例子,說明石墨烯氣凝膠等3D打印材料如何能夠顯著擴展設計空間,以便為廣泛的應用優(yōu)化制造高性能和完全可集成的儲能設備,”Li說,石墨烯基油墨的優(yōu)點包括它們的超高表面積,輕質性能,彈性和優(yōu)異的導電性。研究人員報告說,石墨烯復合氣凝膠超級電容器也非常穩(wěn)定,能夠在連續(xù)10,000次充電和放電循環(huán)后幾乎完全保持其能量容量。石墨烯是一種非常令人難以置信的材料,因為它基本上是一個可以由石墨制成的原子層。由于其結構和晶體排列,它具有非凡的能力,”LLNL材料工程師EricDuoss說,在接下來的一年中,研究人員打算通過開發(fā)新的3D設計,使用不同的墨水,并改善現(xiàn)有材料的性能來擴展該技術。
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