英國皇家化學會綜述類期刊 Chemical Society Reviews 最近發表了南京郵電大學賴文勇教授等人撰寫的綜述文章(Review Article),介紹了印刷超級電容器的結構特點,總結了不同組成部分的材料以及通過調節印刷過程提升其性能的方法,并從不同印刷技術的角度分別介紹了超級電容器在近期的發展。最后,作者還就該研究領域未來的機遇與挑戰進行了展望。
隨著電子產品日益向輕薄化、微型化、智能化的方向發展,也帶動了電子元器件從剛性到柔性的模式轉變。微型超級電容器 (micro-supercapacitors, MSCs) 因其所具有的卓越的功率密度、良好的穩定性和長的循環壽命,在未來的電子系統具有廣闊的應用前景。而靈活的印刷電子技術更是為 MSCs 的設計與制造錦上添花,使其不僅能夠具有新穎適宜的結構,同時簡單易得、成本低廉、批量省時、環境友好,是未來儲能設備的優秀代表。
制備超級電容器的主要幾種印刷技術:噴墨打印 (Nano Energy, 2018, 49, 481–488),3D 打印(Nano Lett. , 2016, 16, 3448–3456),轉印 (Adv. Funct. Mater. , 2018, 28, 1705506),直接墨水書寫 (Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 4976–4984),卷對卷印刷 (Nat. Nanotechnol., 2010, 5, 574),以噴涂為代表的圖案印刷 (ACS Nano, 2017, 11, 2171–2179),圖案化真空過濾 (ACS Nano, 2017, 11, 7284–7292) 等。
印刷超級電容器的制備通常包括油墨的準備、沉積和固化三個階段。相應地,對印刷超級電容器的電化學性能可能產生顯著影響的關鍵問題主要有:(1)制備分散良好且可印刷的油墨;(2)穩定且按需印刷出油墨;(3)調節油墨在基底上的潤濕行為,在不影響分辨率的同時不引起電極短路;(4)將油墨固化成所需的二維圖案或三維結構,同時確保電極和基底/電流收集器之間能很好地粘附。
本篇綜述從以下幾個方面介紹了印刷技術在設計、制備超級電容器方面的應用及最新研究進展:
一、 超級電容器的結構,并重點介紹了通過印刷技術制備的新穎結構,如微型化、非對稱型、柔性等。
二、 印刷超級電容器各個部件的材料,包括電極、電解質、電流收集器和基底。
三、 調整印刷過程來優化超級電容器性能的途徑,如墨水配方、印刷參數調節、表面工程等 。
四、 就不同印刷技術,總結了印刷超級電容器近期的發展 。
五、 印刷超級電容器的實際應用 。
六、 在文章的最后,對該研究領域目前所面臨的問題、未來的挑戰與機遇進行了展望。
論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/CS/C7CS00819H#!divAbstract
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