中国3D打印超级电容器和石墨烯氧化物墨水

来源：广西增材制造协会

国际研究人员在“高浓度氧化石墨油墨用于超级电容器的简易3D打印”中，进一步深入研究3D打印储能装置的制造，使用石墨烯基油墨制造超级电容器。作者专注于直接墨水书写的好处，适用于创建结构和电子材料，以及生物材料。它通常通过针头或通过机械压力挤出。对于研究人员和科学家来说，它是目前优选的制造类型之一——石墨烯：
优异的机械性能
化学稳定性
导电率高

氧化石墨烯还具有更好的分散能力，但必须以适当的浓度提供，以提供“液体到软固体的转变。”在这项研究中，作者使用浓度为200mg / mL的GO，具有很高的弹性，模量约为106Pa。

（a），（b）从高浓度油墨中获得的多孔GO和（c），（d）其还原样品的SEM图像。

“该油墨具有3D打印所需的流变性质。此外，为了保持打印石墨烯结构在水中的完整性，二甲基十八烷基[3-三甲氧基甲硅烷基丙基]氯化铵溶液[DMAOP]用作官能化试剂，以在还原前除去GO的羟基，”作者说。“还实现了具有缩放面电容的不同层中的3D打印超级电容器。该研究结果具有很大的前景，并且对于在微型电子设备的有限足迹中实现未来主义的高能量密度超级电容器非常有用。”

研究人员发现GO墨水适用于创建功能设备，但需要功能化过程。 GO结构需要在还原前彻底清洗。“然而，由于GO上存在大量亲水性羟基官能团，因此极易在GO层之间渗透水分，从而导致打印结构的分解，”研究人员表示。

需要小而强大的能量存储设备，可以“赋予大面积电容。”该团队制造了3层，6层和12层的超级电容器。研究电极的“电化学性能”，结果表明活性材料可以有效利用并有助于界面双层电容的积累。研究人员发现，在0.2 A / g的密度下，所有电极都具有接近的重量电容，建议所有有效材料都可用于建立界面双层电容。

（a）在电流密度为0.2和0.4A / g时，不同层的3D打印电极的恒电流充放电曲线的比较; （b）打印结构的特定面积和重量电容与打印层数之间的关系。 c）在具有不同打印层的电极之间的EIS光谱中的比较; d）显示打印的12层电极的横截面的数字图像。

作者发现巨大的电容值（通过3D打印实现）是“出色的”，尽管由于表面功能化和感应阻抗导致电导率可能会降低。研究人员总结说：“研究结果表明了一种简单有效的策略，可用于创建用于储能应用的三维结构导电支架，这可能会对未来电力需求产生深远影响。”
3D打印能量存储是一个重要的主题，因为它允许更实惠但功能强大的方式来创建可穿戴设备的电池，信息存储和气凝胶等新材料。

（a）显示DMAOP与GO的反应机理的示意图; （b）在DMAOP处理之前和之后从高浓度油墨获得的GO的FT-IR光谱; （c）将具有/不具有DMAOP官能化的样品的数字图像在水中浸泡24小时以比较它们的稳定性。