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中科大朱彦武:喷墨打印碳量子点/氧化石墨烯混合墨水制备纸基全固态柔性超级电容器

通过喷墨打印碳量子点(CQDs)和氧化石墨烯(GO)组成的混合墨水、采用PVA/H2SO4为凝胶电解质制备了固态柔性超级电容器,并对其性能进行了系统研究。

可穿戴电子器件要求使用的材料重量尽量轻。目前常用的能量存储器件主要使用的是密度较大的无机化合物。为了减少器件的质量,利用以聚合物和碳纳米管为代表的纸基电子器件引起了极大的关注。与其他柔性基底材料如塑料相比, 纸基柔性超级电容器具有印刷工艺简单、制造价格低廉以及基底和活性材料之间具有更好的粘合力等优势。

最近,中国科技大学材料科学与工程学院朱彦武教授课题组Science China Materials上发表文章,通过喷墨打印碳量子点(CQDs)和氧化石墨烯(GO)组成的混合墨水、采用PVA/H2SO4为凝胶电解质制备了固态柔性超级电容器,并对其性能进行了系统研究。

喷墨打印碳量子点/氧化石墨烯混合墨水制备纸基全固态柔性超级电容器

图1 碳量子点/氧化石墨烯混合墨水制备纸基全固态柔性超级电容器的性能

本工作通过打印100次混合墨水获得的超级电容器在100 mV s−1的扫描速率下显示出~1.0 mF cm−2的比电容, 相比于纯GO墨水制备的超级电容器其比电容增加了150%。

通过进一步优化, 基于超级电容器整个装置(包括纸基、凝胶电解质和活性材料)在0.28 mW cm−3的功率密度下表现出0.078 mW h cm−3的能量密度。 此外, GO薄片具有出色的机械强度, 确保超级电容器具有良好的柔韧性和机械强度, 在弯曲半径为7.6 mm的条件下弯曲1000次后, 仍保留98%的电容。

这种基于碳基墨水和纸张基材的喷墨打印的技术为低成本、 轻便、 灵活/可穿戴式储能装置的大规模制备提供了可能。

Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9309-x

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