江南大學(xué)：二維MXene調(diào)控導(dǎo)電聚合物墨水用于3D打印微型超級(jí)電容器

來源：江南大學(xué)

近期，江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院劉天西教授團(tuán)隊(duì)在二維MXene調(diào)控導(dǎo)電聚合物墨水用于3D打印微型超級(jí)電容器方面取得突破性進(jìn)展，在Advanced Energy Materials上發(fā)表重要學(xué)術(shù)論文：“Direct-Ink-Write 3D Printing of Programmable Micro-Supercapacitors from MXene-Regulating Conducting Polymer Inks（Advanced Energy Materials, 10.1002/aenm.202203683）”，第一作者為博士后李樂和博士生孟健，通訊作者為劉天西教授和東華大學(xué)張超研究員。

微型超級(jí)電容器（Microsupercapacitor）的快速發(fā)展，有望滿足人們對(duì)高電壓、高功率密度和能量密度的微型供電器件的需求。相較于傳統(tǒng)的微加工技術(shù)，墨水直寫3D打印（DIW 3D printing）為構(gòu)建結(jié)構(gòu)可定制的微型超級(jí)電容器提供了經(jīng)濟(jì)且簡便的解決方案，并有望實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能器件的電化學(xué)活性材料的高負(fù)載，進(jìn)而提高器件的能量與功率密度。商品化的導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS，通常具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、高電化學(xué)活性和溶液加工性能，作為超級(jí)電容器電極材料具有良好的應(yīng)用前景。然而，基于PEDOT:PSS制備高質(zhì)量可打印墨水面臨著工藝繁瑣、環(huán)境不友好等瓶頸問題。因此，發(fā)展工藝簡單、綠色環(huán)保的可打印PEDOT:PSS墨水的制備新方法，具有重要的研究和應(yīng)用前景。

圖1. 3D打印PEDOT:PSS/MXene凝膠復(fù)合材料及微型超級(jí)電容器

基于此，江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院劉天西教授課題組提出通過二維MXene納米片調(diào)控PEDOT:PSS在溶液中的微相結(jié)構(gòu)，制備了溶劑綠色環(huán)保、可墨水直寫3D打印的高質(zhì)量導(dǎo)電聚合物墨水，并打印獲得了具有良好幾何精度和形狀保真度的定制化圖案與微型超級(jí)電容器件。MXene納米片對(duì)PEDOT:PSS電子結(jié)構(gòu)及孔結(jié)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)高效調(diào)節(jié)，所得PEDOT:PSS/MXene復(fù)合凝膠的電子導(dǎo)電與離子傳導(dǎo)性能均得到大幅度提升。墨水直寫3D打印所制備的微型超級(jí)電容器具有高電化學(xué)活性物質(zhì)負(fù)載量，表現(xiàn)出高比容量、高倍率性能和優(yōu)異的循環(huán)性能，且具有優(yōu)異的耐形變、抗低溫和可集成等優(yōu)異特性。