3D打印織物超級電容器的直接相干多墨水印刷

來源：WEST可穿戴電子

研究背景

具有短電荷載流子擴散路徑的同軸纖維狀超級電容器作為可穿戴電子設備的高性能能量存儲設備是非常理想的。然而，基于用于制造纖維狀能量器件的多步驟制造工藝的傳統(tǒng)方法在制造過程，可擴展性和機械耐久性上仍然遇到持續(xù)的限制。

創(chuàng)新點

南洋理工大學Xiaodong Chen，Yuxin Tang課題組與西安理工大學Jianhong Peng課題組合作通過設計同軸針的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)流變性能，通過直接相干的多墨水書寫三維打印技術實現(xiàn)了多合一的同軸纖維狀不對稱超級電容器（FASC）設備 屬性和復合墨水的進給速度。 得益于緊湊的同軸結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ASC設備可在高質(zhì)量負載下提供出色的面能量/功率密度，并具有出色的機械穩(wěn)定性。作為系統(tǒng)集成的概念展覽，F(xiàn)ASC設備與機械單元和壓力傳感器集成在一起，分別實現(xiàn)高性能的自供電機械設備和監(jiān)控系統(tǒng)。

文章解析

圖1：各種FASC器件制造過程的示意圖。比較傳統(tǒng)FASC器件與（A）平行，（B）扭曲，（C和D）同軸架構(gòu)以及（E）通過直接連貫的多墨水書寫（DCMW）技術開發(fā)的三維（3D）打印同軸FASC器件的制備過程的示意圖 。

圖2：成品油墨的流變性能及成型示意圖。

圖3：電極和3D打印同軸FASC器件的結(jié)構(gòu)和多種形狀。

圖4：3D打印同軸FASC器件的電化學性能。

圖5：自供電系統(tǒng)的能量存儲和轉(zhuǎn)換：太陽能轉(zhuǎn)換為電能，然后轉(zhuǎn)換為機械能。

圖6：集成3D打印同軸FASC器件和壓力傳感器在內(nèi)的預制自能量監(jiān)測系統(tǒng)的傳感性能；FASC器件為壓力傳感器供電。

作者開發(fā)了3D打印直接相干多墨水書寫技術，通過設計多核殼針的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)，直接制造出具有超高面能量/功率密度的多合一同軸固態(tài)FASC器件。除了具有優(yōu)異的器件性能，印刷同軸FASC器件的緊湊結(jié)構(gòu)具有出色的柔韌性和機械穩(wěn)定性能，經(jīng)過5000次反復彎曲后的電容保持率為95.5％。另外作者展示了FASC器件可以用作按需儲能單元，以驅(qū)動風車，抽水原型，電動汽車和壓力傳感器，從而提高性能。

參考文獻：
https://advances.sciencemag.org/content/7/3/eabd6978