近日，中科院大連化學物理研究所研究員吳忠?guī)泩F隊與劉生忠團隊合作，開發(fā)出一種多功能的水系MXene印刷油墨，并基于該油墨打印出微型超級電容器、鋰離子微型電池和全柔性自供電壓力傳感系統(tǒng)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進材料》上。
傳統(tǒng)儲能、供電設(shè)施功能單一，設(shè)計集產(chǎn)能、儲能、用能于一體的自供電系統(tǒng)是研究熱點之一。目前，這類集成系統(tǒng)大多基于多種制造方法，如光刻、激光切割、電沉積等，制作周期長、成本高，且不同零部件間的兼容性較差。MXene具有獨特的電化學、力學、光學和機械性能，廣泛用于電化學儲能、電催化、電磁屏蔽和傳感設(shè)備中。然而，通常制作的MXene油墨存在非活性添加劑或雜質(zhì)成分較多的問題，開發(fā)無添加劑、多功能、高質(zhì)量的MXene油墨極具挑戰(zhàn)性。
為此，研究團隊采用選擇性刻蝕技術(shù)，設(shè)計并開發(fā)出一種多功能的水系可印刷MXene油墨。該油墨可同時作為高電容電極、靈敏的壓力傳感材料、高導電集流體、無金屬連接線和導電黏合劑。利用MXene油墨，研究團隊在各類基板上制備出微型超級電容器。該電容器具有高面積電容量，串聯(lián)器件輸出電壓可達到60伏。
研究還發(fā)現(xiàn)，MXene與鈦酸鋰、磷酸鐵鋰組成的復合油墨，可打印獲得高能量密度的鋰離子微型電池。此外，團隊還借助多功能的MXene油墨實現(xiàn)了MXene基微型超級電容器/鋰離子微型電池、柔性太陽能電池、MXene水凝膠壓力傳感器的集成，構(gòu)建出全柔性自供電壓力傳感集成系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)對人體運動響應(yīng)非?？?，響應(yīng)時間僅需35毫秒。
研究團隊認為，該多功能MXene油墨為構(gòu)建可打印的自供電微系統(tǒng)開辟了新途徑。
