中國3D打印超級(jí)電容器和石墨烯氧化物墨水

來源：廣西增材制造協(xié)會(huì)

國際研究人員在“高濃度氧化石墨油墨用于超級(jí)電容器的簡(jiǎn)易3D打印”中，進(jìn)一步深入研究3D打印儲(chǔ)能裝置的制造，使用石墨烯基油墨制造超級(jí)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(jī)械壓力擠出。對(duì)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(jī)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(dāng)?shù)臐舛忍峁�，以提供“液體到軟固體的轉(zhuǎn)變。”在這項(xiàng)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。“還實(shí)現(xiàn)了具有縮放面電容的不同層中的3D打印超級(jí)電容器。該研究結(jié)果具有很大的前景，并且對(duì)于在微型電子設(shè)備的有限足跡中實(shí)現(xiàn)未來主義的高能量密度超級(jí)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�，由于GO上存在大量親水性羥基官能團(tuán)，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(qiáng)大的能量存儲(chǔ)設(shè)備，可以“賦予大面積電容�！痹搱F(tuán)隊(duì)制造了3層，6層和12層的超級(jí)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(shí)，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(shí)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(huì)降低。研究人員總結(jié)說：“研究結(jié)果表明了一種簡(jiǎn)單有效的策略，可用于創(chuàng)建用于儲(chǔ)能應(yīng)用的三維結(jié)構(gòu)導(dǎo)電支架，這可能會(huì)對(duì)未來電力需求產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響�！�
3D打印能量存儲(chǔ)是一個(gè)重要的主題，因?yàn)樗�允許更實(shí)惠但功能強(qiáng)大的方式來創(chuàng)建可穿戴設(shè)備的電池，信息存儲(chǔ)和氣凝膠等新材料。

（a）顯示DMAOP與GO的反應(yīng)機(jī)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(shí)以比較它們的穩(wěn)定性。