該團(tuán)隊(duì)使用稱為直接墨水書寫和石墨烯-氧化物復(fù)合墨水的3D打印工藝，能夠打印微型電極并構(gòu)建具有卓越性能特征的超級(jí)電容器。結(jié)果于1月20日在線發(fā)表在納米快報(bào)上，并將刊登在3月期刊的封面上，使用我們的3D打印石墨烯電極的超級(jí)電容器裝置，其厚度為毫米級(jí)，具有出色的電容保持力和功率密度，”相應(yīng)的作者YatLi說(shuō)，UCSantaCruz的化學(xué)副教授。“這種性能大大超過(guò)了具有厚電極的傳統(tǒng)器件的性能，并且它等于或超過(guò)了使用10到100倍電極制成的電極所報(bào)告器件的性能，LLNL工程師ChengZhu和UCSC研究生TianyuLiu是該論文的主要作者。“這突破了二維制造能夠做到的局限，”朱說(shuō)。“我們可以制造大量的3D架構(gòu)。例如，在手機(jī)中，您只需要留出一小塊區(qū)域進(jìn)行儲(chǔ)能。幾何結(jié)構(gòu)可能非常復(fù)雜。

超級(jí)電容器也可以非常快速地充電，朱說(shuō)，理論上只需幾分鐘或幾秒即可達(dá)到滿負(fù)荷。未來(lái)，研究人員相信新設(shè)計(jì)的3D打印超級(jí)電容器將用于創(chuàng)建獨(dú)特的電子設(shè)備，這些電子設(shè)備目前很難甚至無(wú)法使用其他合成方法制造，包括完全定制的智能手機(jī)和紙質(zhì)或可折疊設(shè)備，同時(shí)時(shí)間達(dá)到前所未有的性能水平。

根據(jù)Li的說(shuō)法，幾個(gè)關(guān)鍵的突破使這些新型器件成為可能，從開發(fā)可印刷的石墨烯基墨水開始。對(duì)與氣凝膠處理兼容的3D打印方案的修改使得可以在3D打印結(jié)構(gòu)中保持單個(gè)石墨烯片的重要機(jī)械和電學(xué)性質(zhì)。最后，使用3D打印智能地將周期性大孔設(shè)計(jì)到石墨烯電極中顯著增強(qiáng)了質(zhì)量傳輸，使得該裝置能夠在不降低其容量的情況下支持更快的充電/放電速率。

這項(xiàng)工作提供了一個(gè)例子，說(shuō)明石墨烯氣凝膠等3D打印材料如何能夠顯著擴(kuò)展設(shè)計(jì)空間，以便為廣泛的應(yīng)用優(yōu)化制造高性能和完全可集成的儲(chǔ)能設(shè)備，”Li說(shuō)，石墨烯基油墨的優(yōu)點(diǎn)包括它們的超高表面積，輕質(zhì)性能，彈性和優(yōu)異的導(dǎo)電性。研究人員報(bào)告說(shuō)，石墨烯復(fù)合氣凝膠超級(jí)電容器也非常穩(wěn)定，能夠在連續(xù)10,000次充電和放電循環(huán)后幾乎完全保持其能量容量。

石墨烯是一種非常令人難以置信的材料，因?yàn)樗旧鲜且粋€(gè)可以由石墨制成的原子層。由于其結(jié)構(gòu)和晶體排列，它具有非凡的能力，”LLNL材料工程師EricDuoss說(shuō)，在接下來(lái)的一年中，研究人員打算通過(guò)開發(fā)新的3D設(shè)計(jì)，使用不同的墨水，并改善現(xiàn)有材料的性能來(lái)擴(kuò)展該技術(shù)。