列印容器 噴墨列印MnO 製備微型超級電容器

2021-10-12 21:44:46 字數 1465 閱讀 1537

印刷電子作為柔性電子器件組裝的一種新興技術,引起人們的廣泛地關注,包括有機電晶體、oled和能量儲存器件等。通過印刷工藝可是實現有機、無機奈米材料的液相製備,並且可以在較低溫度實現器件的製備。在多種印刷工藝中,噴墨列印具有非接觸和精準控制的優點,可以實現在柔性基底上列印奈米材料來完成器件的組裝。

在超級電容器的多種電極材料中,δ相的二氧化錳(δ-mno2)具有高的理論比容量、環境相容性和低成本的優勢,因此被認為是下一代超級電容器的電極。另外,δ-mno2的層狀結構讓它相比傳統的器件更加輕薄柔性。通過噴墨列印技術組裝器件顯示出巨大的潛力,可以讓微型超級電容器的尺寸變得更小易攜帶、更柔性。與其他方法如噴塗、真空過濾和旋塗等相比,噴墨列印具有可以控制電極的粗糙度和圖形化的優點。

但是,需要注意的是噴墨列印面臨著挑戰:一是墨水的液相剝離需要更多步驟和更長的時間,才可以達到理想的成分;二是墨水需要合適的表面張力和黏度才可以達到噴墨列印的要求;三是墨水需要較高的固體濃度和較高的穩定性。

近期,荷蘭特溫特大學的研究人員開發出一款高濃度、高穩定性、水系的δ-mno2奈米片墨水,並通過噴墨列印的方式成功製備了微型超級電容器。

因為水具有較高的表面張力和低黏度,所以水並不適合作為溶劑來進行噴墨列印。但是,可以通過新增表面活性劑和高分子材料來改善墨水的表面張力和黏度係數,使其適合噴墨列印。在δ-mno2奈米片墨水中新增非離子型表面活性劑triton x-100來降低墨水的表面張力,並且研究表面活性劑的含量對墨滴尺寸的影響,如圖1(c)-(h)所示;通過新增蜂膠來增強墨水的黏度。最終,通過新增這兩種材料,可以使水系的δ-mno2奈米片墨水進行噴墨列印。

首先噴墨列印δ-mno2奈米片圖形電極,再在其上列印pedot:pss導電材料,最後在塗licl/pva電解質,組裝了如圖2(a)的微型超級電容器,並測試相應的電化學效能,如圖2(b)-(e)所示。

圖1(a)層狀δ-mno2墨水的**;(b)層狀δ-mno2墨水在印表機中墨滴觀測的**;(c)含有過量表面活性劑的墨滴乾燥過程;(d)含有適量的表面活性劑的墨滴乾燥過程;(e)含有過量表面活性劑的單個墨滴在玻璃表面的原子力顯微鏡**;(f)含過量表面活性劑的墨滴在三種不同方向的資料;(g)含有適量表面活性劑的單個墨滴在玻璃表面的原子力顯微鏡**;(h)含適量表面活性劑的墨滴在三種不同方向的資料。

圖2 (a)噴墨列印微型超級電容器的結構;(b)微型超級電容器的不同掃速的cv曲線;(c)微型超級電容器不同電流密度下的充放電曲線;(d)微型超級電容器不同電流密度下的體積比容量;(e)近期發表的關於微型超級電容器的功率密度和能量密度對比文獻比較圖

參考文獻:wang y, zhang y z,dubbink d, et al. inkjet printing of δ-mno2 nanosheets for flexible solid-state micro-supercapacitor. nano energy, 2018, 49: 481-488.

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