纳米科学：研究人员使用3D打印制作超快石墨烯超级电容器

该团队使用称为直接墨水书写和石墨烯-氧化物复合墨水的3D打印工艺，能够打印微型电极并构建具有卓越性能特征的超级电容器。结果于1月20日在线发表在纳米快报上，并将刊登在3月期刊的封面上，使用我们的3D打印石墨烯电极的超级电容器装置，其厚度为毫米级，具有出色的电容保持力和功率密度，”相应的作者YatLi说，UCSantaCruz的化学副教授。“这种性能大大超过了具有厚电极的传统器件的性能，并且它等于或超过了使用10到100倍电极制成的电极所报告器件的性能，LLNL工程师ChengZhu和UCSC研究生TianyuLiu是该论文的主要作者。“这突破了二维制造能够做到的局限，”朱说。“我们可以制造大量的3D架构。例如，在手机中，您只需要留出一小块区域进行储能。几何结构可能非常复杂。

超级电容器也可以非常快速地充电，朱说，理论上只需几分钟或几秒即可达到满负荷。未来，研究人员相信新设计的3D打印超级电容器将用于创建独特的电子设备，这些电子设备目前很难甚至无法使用其他合成方法制造，包括完全定制的智能手机和纸质或可折叠设备，同时时间达到前所未有的性能水平。

根据Li的说法，几个关键的突破使这些新型器件成为可能，从开发可印刷的石墨烯基墨水开始。对与气凝胶处理兼容的3D打印方案的修改使得可以在3D打印结构中保持单个石墨烯片的重要机械和电学性质。最后，使用3D打印智能地将周期性大孔设计到石墨烯电极中显着增强了质量传输，使得该装置能够在不降低其容量的情况下支持更快的充电/放电速率。

这项工作提供了一个例子，说明石墨烯气凝胶等3D打印材料如何能够显着扩展设计空间，以便为广泛的应用优化制造高性能和完全可集成的储能设备，”Li说，石墨烯基油墨的优点包括它们的超高表面积，轻质性能，弹性和优异的导电性。研究人员报告说，石墨烯复合气凝胶超级电容器也非常稳定，能够在连续10,000次充电和放电循环后几乎完全保持其能量容量。

石墨烯是一种非常令人难以置信的材料，因为它基本上是一个可以由石墨制成的原子层。由于其结构和晶体排列，它具有非凡的能力，”LLNL材料工程师EricDuoss说，在接下来的一年中，研究人员打算通过开发新的3D设计，使用不同的墨水，并改善现有材料的性能来扩展该技术。