我所研制出多功能MXene油墨應用于微型儲能器件和自供電集成系統

  近日,我所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組(508組)吳忠帥研究員團隊與太陽能研究部薄膜硅太陽電池研究組(DNL1606)劉生忠研究員團隊合作,開發出一種多功能的水系MXene絲網印刷油墨,高通量制備出可打印的高比能微型超級電容器和微型鋰離子電池,同時構建出基于MXene的全柔性自供電壓力傳感系統。

  物聯網、人工智能和醫療監控等電子設備的發展刺激了人們對功能靈敏、壽命長、兼容性強的微型化與柔性化電子產品的追求。集產能、儲能、用能于一體的自供電系統被認為是一種可行的方法來制造智能電子產品以滿足上述需求。目前,這類集成系統大多采用多種制造方法,如光刻、激光切割、電沉積等,不能保證良好的兼容性和低成本。絲網印刷技術具有成本效益、高通量和環境友好等優點,在集成電路和功能器件等方面具有重要的應用潛力。然而,開發多功能油墨工作極具挑戰。MXene是一種新興的二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物,具有獨特的電化學、力學、光學和機械性能,可通過開發多功能MXene油墨實現兼容集成。

  近日,該團隊設計并開發了一種多功能的水系可印刷MXene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粘合劑。研究發現,通過直接絲網印刷水系MXene油墨,可在各種基板上大規模制備出MXene基微型超級電容器(MX-MSCs)。所制備的微型超級電容器具有1.1F/cm2的高面積電容量,通過疊層印刷MXene油墨,100個串聯的無金屬集流體和連接線的微型超級電容器可以輸出高達60V的電壓。研究還發現印刷鈦酸鋰和磷酸鐵鋰與MXene復合油墨,可獲得鋰離子微型電池(MX-LIMBs),具有154μWh/cm2的高面積能量密度。此外,團隊還借助多功能的MXene油墨實現了柔性太陽能電池、微型超級電容器/鋰離子微型電池、MXene水凝膠壓力傳感器的無縫集成,構建了全柔性自供電壓力傳感集成系統。該集成系統對身體運動響應非常敏感,響應時間僅35毫秒。該多功能MXene油墨為構建可打印的自供電微系統開辟了新的途徑。

  相關研究成果發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。上述工作得到國家自然科學基金、中科院潔凈能源創新研究院合作基金等項目的資助。(文/圖 鄭雙好、侯曉城)

版權所有 © 中國科學院大連化學物理研究所 本站內容如涉及知識產權問題請聯系我們 備案號:遼ICP備05000861號 遼公網安備21020402000367號
彩88网