3D打印織物超級電容器的直接相干多墨水印刷

來源：WEST可穿戴電子

研究背景

具有短電荷載流子擴(kuò)散路徑的同軸纖維狀超級電容器作為可穿戴電子設(shè)備的高性能能量存儲設(shè)備是非常理想的。然而，基于用于制造纖維狀能量器件的多步驟制造工藝的傳統(tǒng)方法在制造過程，可擴(kuò)展性和機(jī)械耐久性上仍然遇到持續(xù)的限制。

創(chuàng)新點(diǎn)

南洋理工大學(xué)Xiaodong Chen，Yuxin Tang課題組與西安理工大學(xué)Jianhong Peng課題組合作通過設(shè)計同軸針的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)流變性能，通過直接相干的多墨水書寫三維打印技術(shù)實現(xiàn)了多合一的同軸纖維狀不對稱超級電容器（FASC）設(shè)備 屬性和復(fù)合墨水的進(jìn)給速度。 得益于緊湊的同軸結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ASC設(shè)備可在高質(zhì)量負(fù)載下提供出色的面能量/功率密度，并具有出色的機(jī)械穩(wěn)定性。作為系統(tǒng)集成的概念展覽，F(xiàn)ASC設(shè)備與機(jī)械單元和壓力傳感器集成在一起，分別實現(xiàn)高性能的自供電機(jī)械設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)。

文章解析

圖1：各種FASC器件制造過程的示意圖。比較傳統(tǒng)FASC器件與（A）平行，（B）扭曲，（C和D）同軸架構(gòu)以及（E）通過直接連貫的多墨水書寫（DCMW）技術(shù)開發(fā)的三維（3D）打印同軸FASC器件的制備過程的示意圖 。

圖2：成品油墨的流變性能及成型示意圖。

圖3：電極和3D打印同軸FASC器件的結(jié)構(gòu)和多種形狀。

圖4：3D打印同軸FASC器件的電化學(xué)性能。

圖5：自供電系統(tǒng)的能量存儲和轉(zhuǎn)換：太陽能轉(zhuǎn)換為電能，然后轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

圖6：集成3D打印同軸FASC器件和壓力傳感器在內(nèi)的預(yù)制自能量監(jiān)測系統(tǒng)的傳感性能；FASC器件為壓力傳感器供電。

作者開發(fā)了3D打印直接相干多墨水書寫技術(shù)，通過設(shè)計多核殼針的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)，直接制造出具有超高面能量/功率密度的多合一同軸固態(tài)FASC器件。除了具有優(yōu)異的器件性能，印刷同軸FASC器件的緊湊結(jié)構(gòu)具有出色的柔韌性和機(jī)械穩(wěn)定性能，經(jīng)過5000次反復(fù)彎曲后的電容保持率為95.5％。另外作者展示了FASC器件可以用作按需儲能單元，以驅(qū)動風(fēng)車，抽水原型，電動汽車和壓力傳感器，從而提高性能。

參考文獻(xiàn)：
https://advances.sciencemag.org/content/7/3/eabd6978