多任务石墨烯油墨印刷在微型柔性超级电容器上

多任务石墨烯油墨印刷在微型柔性超级电容器上

研究人员已经开发出一种简单的方法来制造复杂的微型超级电容器阵列,包括用石墨烯墨水进行丝网印刷(能源与环境科学,“超高压集成微型超级电容器,具有可设计的形状和优越的灵活性”)。该方法所提供的简单性和自由性将有助于开发电子和柔性设备的新方法。

尽管半导体元件继续收缩,但并非所有现代电子产品的部件都能如此容易地小型化。电容器和电池特别具有挑战性,因为它们是由不同材料组成的复杂而离散的束。这两个组件的微小亲戚MicrosuperCapacitor可以做类似的工作。

现在,科学家们发明了一种使用多用途石墨烯墨水的丝网印刷方法,这种墨水可以快速地将多种形状和复杂阵列的微型电容器放置下来。这种墨水将石墨烯和炭黑(两者都是导电的)与聚合物粘合剂在溶剂中结合在一起,尽管混合物的简单性掩盖了寻找正确成分的困难。

该项目的主要研究人员之一钟帅武强调:“制备具有合适的电气、电化学和流变性能的油墨是可打印集成微型电容器面临的最大挑战之一。”

重要的是,油墨表现出像番茄酱一样的剪切稀化特性:当它被施加力时,它会失去粘性,因此很容易流动,但一旦力被去除,它就会变稠并保持形状。

他们将石墨烯油墨应用到基板上,如玻璃或柔性聚酯塑料,使用有图案的屏幕作为模板。产生的图案包括设备的所有导电部分。

吴指出,基于石墨烯的墨水可以同时充当微电极、无金属电流收集器和互连器。油墨干燥12小时,然后施加电解质凝胶,并允许固化12小时,此时设备准备使用。

因为整个装置的结构可以一步一步地布置,所以可以很容易地进行非常复杂的设计。虽然一个微型电容器的供电电压不到1伏,但研究人员能够将130个串联起来,输出电压超过100伏。

吴说,基于介电弹性体的微型机器人和软执行器需要数百甚至数千伏的电压。澳大利亚悉尼理工大学集成纳米系统实验室负责人伊科皮(Francesca Iacopi)同意说,高压操作增加了微型电容器的范围和实用性。

这些设备也很灵活,如果它们是印刷在一个灵活的基板上,这应该使它们与可穿戴的电子产品兼容。

“这种丝网印刷方法的多功能性和低成本可能是一次性穿戴系统的一个优势,这是大多数外部健康监测和其他穿戴系统的本意所在,”Iacopi说。我相信,像这样的柔性基板上的微型电容器将特别有希望支持可穿戴系统的健康监测领域,例如皮肤和眼睛上的传感器。

研究人员热衷于使用他们的方法来制造更完整的设备,包括可以收集能量并将其储存在微型电容器中的组件,或者将储存的能量投入使用。他们还希望使用新的电解质来增加每个电容器所能提供的电压,并提高一个装置所能储存的总能量。

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