具有高功率密度的平面微型超级电容器,通过水性石墨烯导电墨水进行屏幕打印

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 微型电子产品需要可扩展和高性能储能解决方案,如微型超级电容器 (MSC).
• 目前针对MSC的基于解决方案的印刷技术在实现高性能方面面临着挑战.
• 基于石墨烯的材料由于其独特的特性,为先进的MSC制造提供了潜力.

研究的目的:

• 开发一种简单且可扩展的方法来生产高性能石墨烯基MSC.
• 为了研究油墨形学和打印参数对MSC性能的影响.
• 为了展示幕打印MSCs对于灵活的可穿戴电子产品的潜力.

主要方法:

• 制造基于石墨烯的MSC,使用水性导电墨水的丝网印刷.
• 为精确打印狭窄的手指宽度和间隙 (200微米) 而优化油墨的风学特性.
• 制造的MSC的电导率,电化学性能和机械稳定性的表征.

主要成果:

• 由于密集的导电网络,实现了高电导率 (2.04 × 10^4 S∙m^-1) 和低等效串联电阻 (46.7 Ω).
• 证明了高容量 (9.15 mF·cm^-2),能量密度 (1.30 μWh·cm^-2) 和超高功率密度 (89.9 mW·cm^-2).
• 在高达200V·s^-1的扫描速率下表现出卓越的性能,卓越的循环稳定性 (在10,000个循环后保持91.6%),以及机械强度 (在5000个曲循环后保持92.2%).

结论:

• 优化水性石墨烯油墨的丝网印刷为高性能MSC提供了一个可扩展的途径.
• 与传统超级电容器相比,开发的MSC表现出更高的功率密度和运行速度.
• 优良的稳定性和机械性能表明,灵活的可穿戴和便携式电子应用有很大的潜力.