近段时间,江南大学与材料工程学院的刘天西教授组成研究小组在在3D打印 MXene 2维可调的导电性高分子油墨上有了突破,本课题组已在《高级能源材料》杂志上以“可编程微球的可编程微球三维打印技术(高级能源材料,10.1002/Aenm.202203683)”,由李乐博士后、孟健博士生,还有刘天西教授,以及东华大学张超研究员,共同为该领域提出核心科学问题。

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微型超级电容器技术发展的后果
随着微型超级电容器技术的迅速发展,有望满足人们对高电压、高功率、高能量密度的储能装置的更高要求。与传统的微细制造工艺相比,墨水直写3D打印(DIW 3D printing)为构筑具有特定结构的小型超级电容提供了一种廉价、便捷的方法,同时也将极大地提升其在储能装置中的负载量,进一步提升其能量和功率密度。
PEDOT: PSS存在的问题
而商品化的导电聚合物PEDOT: PSS,是一种以高导电性、高电化学活性、可溶液加工等特性为基础的商业化导电高分子,其在超级电容器中的应用受到了广泛关注。然而,目前以PEDOT: PSS为基础的高品质可打印油墨存在着工艺复杂、环境污染严重等问题。因此,发展工艺更为简单、绿色环保的可打印PEDOT:PSS墨水的制备新方法,具备历史性的研究意义和价值。

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2 D MXene的作用
基于此,江南大学材料系刘天西教授带领的研究团队拟采用2 D MXene对 PEDOT: PSS的微相结构进行调控,研制绿色溶剂环境下可直接进行3D打印的高品质导电高分子墨水,实现对PEDOT: PSS微相结构的精确控制,以及对其表面形貌的保真控制。

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MXene片层对 PEDOT: PSS的电子结构的作用
利用MXene片层对 PEDOT: PSS的电子结构和孔道结构进行有效调控,制备出具有良好电导率和离子传输能力的MXene/PEDOT: PSS/MXene复合凝胶。采用墨汁直接写法,3D打印出高容量、高倍率、高循环寿命的微型超级电容器,展现出了良好的抗变形、抗低温及可集成性,是更值得推崇的,未来前景可期。