江南大学：二维MXene调控导电聚合物墨水用于3D打印微型超级电容器

来源：江南大学

近期，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授团队在二维MXene调控导电聚合物墨水用于3D打印微型超级电容器方面取得突破性进展，在Advanced Energy Materials上发表重要学术论文：“Direct-Ink-Write 3D Printing of Programmable Micro-Supercapacitors from MXene-Regulating Conducting Polymer Inks（Advanced Energy Materials, 10.1002/aenm.202203683）”，第一作者为博士后李乐和博士生孟健，通讯作者为刘天西教授和东华大学张超研究员。

微型超级电容器（Microsupercapacitor）的快速发展，有望满足人们对高电压、高功率密度和能量密度的微型供电器件的需求。相较于传统的微加工技术，墨水直写3D打印（DIW 3D printing）为构建结构可定制的微型超级电容器提供了经济且简便的解决方案，并有望实现储能器件的电化学活性材料的高负载，进而提高器件的能量与功率密度。商品化的导电聚合物PEDOT:PSS，通常具有优异的导电性、高电化学活性和溶液加工性能，作为超级电容器电极材料具有良好的应用前景。然而，基于PEDOT:PSS制备高质量可打印墨水面临着工艺繁琐、环境不友好等瓶颈问题。因此，发展工艺简单、绿色环保的可打印PEDOT:PSS墨水的制备新方法，具有重要的研究和应用前景。

图1. 3D打印PEDOT:PSS/MXene凝胶复合材料及微型超级电容器

基于此，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组提出通过二维MXene纳米片调控PEDOT:PSS在溶液中的微相结构，制备了溶剂绿色环保、可墨水直写3D打印的高质量导电聚合物墨水，并打印获得了具有良好几何精度和形状保真度的定制化图案与微型超级电容器件。MXene纳米片对PEDOT:PSS电子结构及孔结构也能实现高效调节，所得PEDOT:PSS/MXene复合凝胶的电子导电与离子传导性能均得到大幅度提升。墨水直写3D打印所制备的微型超级电容器具有高电化学活性物质负载量，表现出高比容量、高倍率性能和优异的循环性能，且具有优异的耐形变、抗低温和可集成等优异特性。