Microsupercapacitors喷墨打印在纸上

物联网等技术(物联网)和便携和可穿戴电子产品为多个行业提供应用程序。然而,随着这些技术的发展是一个巨大的问题:越来越多的电子垃圾。在《华尔街日报》的一篇论文先进功能材料欧洲杯足球竞彩认为迫切需要环保电子产品可以处理结束时,他们的生命周期只有最小的环境影响。

研究:喷墨印刷一次性高效的在纸上Microsupercapacitors。图片来源:Chaikom / Shutterstock.com。

在纸上Microsupercapacitors——解决日益增长的电子垃圾问题

在纸上microsupercapacitors (msc)吸引了大量的研究兴趣作为解决问题的大规模的电子废物。因其长周期、高功率密度、和快速充电速率,msc尤其有吸引力的候选人小型化电子和智能系统可以自己力量。

在纸上msc更具吸引力,因为他们的首选,提高和成本效益。

然而,这种环保的电化学性能。尤其是在纸上MSC的额定容量。开发在纸上msc具有高电化学性能在微电子领域的一个焦点。实现都将创建真正绿色、高可靠电子各种重要的应用程序。

使制造过程与喷墨打印更可持续

一次性塑料不足以创造真正环保的msc;还必须注意加工过程。传统制造过程使用有毒和生态破坏化学品和溶剂与生产使用的化石燃料组件。他们还创建大量的浪费和释放到环境中的有毒副产品。

表征PDG的油墨。)照片PDG的墨水,b)电动电势和c) DLS粒度分布的PEDOT: PSS, PEDOT: PSS / GQD PEDOT: PSS /脑电图,和水/如PDG三元乳液混合物(体积比2:1),d) PDG的照片打印模式在一张纸上,e, f) PDG的SEM图像打印模式在一张纸上,g, h) PDG的TEM图像墨水。图片来源:郑李et al .,先进功能材料,威利。欧洲杯足球竞彩

可持续制造技术正在研究的是喷墨打印。优点,使喷墨打印一个有吸引力的替代包括最小的材料浪费,可伸缩性、纯粹的添加剂处理,mask-free模式,兼容多种活性材料和基板。欧洲杯足球竞彩

论文对于喷墨打印——一个优越的衬底

纸是一种优越的底物由于其兼容性与喷墨打印。这是由于其层次纤维素纤维结构。多孔,有一个粗糙的表面纹理,和墨水的毛细血管促进卓越的吸收模式,导致印刷模式的快速形成。

然而,有几个挑战关于喷墨印刷和纸需要解决。首先,喷墨打印擅长创建瘦和高分辨率模式,但msc需要厚电极模式(这增加了区域性能)。

其次,论文不兼容非易失性或激进的溶剂由于强烈的吸收。最后,论文是容易受到高温烧结等后工序。

这些因素很难制造高导电模式在纸上基板与喷墨打印技术,这意味着利率的性能就会受到影响。这使得商业上可行的在纸上msc难以实现。

一种新的方式来制造环保纸上msc具有高电化学性能

在一项新的研究先进功能材料欧洲杯足球竞彩,一个简单、可靠的喷墨打印技术来创建环保纸上msc与优越的电化学性能(如电容率84%,此前4个月)展示。

研究小组开发的环保和binder-free导电油墨的三元复合PEDOT: PSS,石墨烯量子点(GDQs)和电化学剥落石墨烯(EEG),分散在水/乙二醇溶剂。GDQs和脑电图都稳定了PEDOT: PSS-based墨水和显著提高的速度能力msc。

由此产生的墨水是高度稳定,促进可靠和有效的印刷在纸上的MSC。

MSC)拍摄的照片印在纸上的灵活性的性能测试,b)简历曲线在1000 mV⁻¹和c)面积电容的MSC在不同机械弯曲半径,d)的照片fully-printed MSC数组与四个串联的MSC在卡片纸,e)简历曲线在1000 mV⁻¹10点和f)肾小球囊性肾病曲线µA串联MSC的数组,g)的照片fully-printed MSC数组与四个MSC并行连接在卡片纸,h)简历曲线在1000 mV⁻¹和我)肾小球囊性肾病曲线在200µA并联MSC的数组。所有的msc与10通过印刷。在(g),公交线路与17通过印刷。图片来源:郑李et al .,先进功能材料,威利。欧洲杯足球竞彩

MSC的制作很简单,只有两个步骤——印刷电极和电解质的drop-casting。

打印机用于电极印刷Diamatic材料从富士胶片公司打印机。10 pl墨盒使用的打印机,和纸使用商用纸从斯台普斯以欧洲杯足球竞彩及Korsnas纸箱纸。墨水被允许干,以免在后续层印刷变形,最后论文被风干。

每个MSC当时处理一个简单的电解质,保利(styrenesulfonic酸)和H₃阿宝₄。隔夜后干燥通风橱,msc电化学特征。TEM表征样本准备材料。生命周期评估与执行SimaPro软件。GWP和生态毒性进行了研究与政府间气候变化专门委员会2013年全球100 99 (H)方法和生态指标。

生命周期评价结果PDG msc印刷传递(10)和MXene-based在纸上msc。生态毒性,b)全球变暖潜力(GWP), c)规范化的生态毒性,和d)归一化采用的三种纸上msc在考虑设备,电极(包括纸张衬底和电流收集器),分别只有电解质。在(c, d),标准化的最大能量,可以存储在msc。图片来源:郑李et al .,先进功能材料,威利。欧洲杯足球竞彩

收集的数据从电化学、材料特性以及生态毒性和GWP潜在有利的结果为喷墨印刷环保和可靠的msc使用这种方法。

未来

在纸上msc显示巨大的潜力推动电子产品领域的进入一个可持续的未来。本文研究的研究是帮助开发真正环保microsupercapacitors容易处理在他们的生命周期结束时,与必要的性能使其商业化。

进一步的阅读

李,Z et al。(2021)喷墨印刷一次性高效的在纸上Microsupercapacitors(在线)先进功能材料。欧洲杯足球竞彩可以在:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202108773

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