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用新型油墨打印全柔性自供电系统

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近日,中科院大连化学物理研究所研究员吴忠帅团队与刘生忠团队合作,开发出一种多功能的水系MXene印刷油墨,并基于该油墨打印出微型超级电容器、锂离子微型电池和全柔性自供电压力传感系统。相关研究成果发表在《先进材料》上。

传统储能、供电设施功能单一,设计集产能、储能、用能于一体的自供电系统是研究热点之一。

目前,这类集成系统大多基于多种制造方法,如光刻、激光切割、电沉积等,制作周期长、成本高,且不同零部件间的兼容性较差。

MXene具有独特的电化学、力学、光学和机械性能,广泛用于电化学储能、电催化、电磁屏蔽和传感设备中。然而,通常制作的MXene油墨存在非活性添加剂或杂质成分较多的问题,开发无添加剂、多功能、高质量的MXene油墨极具挑战性。

为此,研究团队采用选择性刻蚀技术,设计并开发出一种多功能的水系可印刷MXene油墨。该油墨可同时作为高电容电极、灵敏的压力传感材料、高导电集流体、无金属连接线和导电黏合剂。利用MXene油墨,研究团队在各类基板上制备出微型超级电容器。该电容器具有高面积电容量,串联器件输出电压可达到60伏。

研究还发现,MXene与钛酸锂、磷酸铁锂组成的复合油墨,可打印获得高能量密度的锂离子微型电池。

此外,团队还借助多功能的MXene油墨实现了MXene基微型超级电容器/锂离子微型电池、柔性太阳能电池、MXene水凝胶压力传感器的集成,构建出全柔性自供电压力传感集成系统。该集成系统对人体运动响应非常快,响应时间仅需35毫秒。

研究团队认为,该多功能MXene油墨为构建可打印的自供电微系统开辟了新途径。

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