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大連化物所研制出多功能MXene油墨應(yīng)用于微型儲(chǔ)能器件和自供電集成系統(tǒng)

2021-02-26 16:23  來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào)  瀏覽:  

近日,中科院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)與劉生忠團(tuán)隊(duì)合作,開發(fā)出一種多功能的水系MXene印刷油墨,并基于該油墨打印出微型超級(jí)電容器、鋰離子微型電池和全柔性自供電壓力傳感系統(tǒng)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

傳統(tǒng)儲(chǔ)能、供電設(shè)施功能單一,設(shè)計(jì)集產(chǎn)能、儲(chǔ)能、用能于一體的自供電系統(tǒng)是研究熱點(diǎn)之一。目前,這類集成系統(tǒng)大多基于多種制造方法,如光刻、激光切割、電沉積等,制作周期長(zhǎng)、成本高,且不同零部件間的兼容性較差。MXene具有獨(dú)特的電化學(xué)、力學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能,廣泛用于電化學(xué)儲(chǔ)能、電催化、電磁屏蔽和傳感設(shè)備中。然而,通常制作的MXene油墨存在非活性添加劑或雜質(zhì)成分較多的問(wèn)題,開發(fā)無(wú)添加劑、多功能、高質(zhì)量的MXene油墨極具挑戰(zhàn)性。

為此,研究團(tuán)隊(duì)采用選擇性刻蝕技術(shù),設(shè)計(jì)并開發(fā)出一種多功能的水系可印刷MXene油墨。該油墨可同時(shí)作為高電容電極、靈敏的壓力傳感材料、高導(dǎo)電集流體、無(wú)金屬連接線和導(dǎo)電黏合劑。利用MXene油墨,研究團(tuán)隊(duì)在各類基板上制備出微型超級(jí)電容器。該電容器具有高面積電容量,串聯(lián)器件輸出電壓可達(dá)到60伏。

研究還發(fā)現(xiàn),MXene與鈦酸鋰、磷酸鐵鋰組成的復(fù)合油墨,可打印獲得高能量密度的鋰離子微型電池。此外,團(tuán)隊(duì)還借助多功能的MXene油墨實(shí)現(xiàn)了MXene基微型超級(jí)電容器/鋰離子微型電池、柔性太陽(yáng)能電池、MXene水凝膠壓力傳感器的集成,構(gòu)建出全柔性自供電壓力傳感集成系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)非常快,響應(yīng)時(shí)間僅需35毫秒。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,該多功能MXene油墨為構(gòu)建可打印的自供電微系統(tǒng)開辟了新途徑。

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