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韩国电工技术研究所《ACS AEM》:使用水性无添加剂氧化单壁碳纳米管浆料的全印刷纸基微型超级电容器

韩国电工技术研究所《ACS AEM》:使用水性无添加剂氧化单壁碳纳米管浆料的全印刷纸基微型超级电容器

  • 分类:新闻动态
  • 发布时间:2021-12-16 09:13
  • 访问量:

【概要描述】将可穿戴组件集成到柔性和可拉伸基板上的打印技术对于小型化可穿戴电子产品的开发至关重要。

韩国电工技术研究所《ACS AEM》:使用水性无添加剂氧化单壁碳纳米管浆料的全印刷纸基微型超级电容器

【概要描述】将可穿戴组件集成到柔性和可拉伸基板上的打印技术对于小型化可穿戴电子产品的开发至关重要。

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成果简介

将可穿戴组件集成到柔性和可拉伸基板上的打印技术对于小型化可穿戴电子产品的开发至关重要。本文,韩国电工技术研究所Ajeong Jo等研究人员在《ACS Appl. Energy Mater.》期刊发表名为“All-Printed Paper-Based Micro-supercapacitors Using Water-Based Additive-Free Oxidized Single-Walled Carbon Nanotube Pastes”的论文,研究开发了基于水性无添加剂氧化单壁碳纳米管浆料的全印刷纸基柔性微型超级电容器。使用含温和氧化剂的改良Brodie方法和最少使用强酸,能够生产高导电性和可印刷的氧化单壁碳纳米管浆料。由于氧化单壁碳纳米管之间存在大量氢键,因此获得了假塑性浆料。

通过强脉冲光照射的光热处理,在叉指储能电极中形成了微孔结构,以促进电解质的渗透。纸基柔性微型超级电容器在0.59 mW cm –2的功率密度下表现出0.51μWhcm–2的高能量密度,并且在弯曲半径为3mm的10,000次弯曲循环后具有85%的优异容量保持率。总电容为0.1mF且充电至4.0V 的全印刷柔性微型超级电容器阵列成功地为商用数字时钟供电约40秒。微型超级电容器阵列在拉伸和压缩应变下都能正常运行。这些结果表明,水基无添加剂氧化单壁碳纳米管浆料是构建柔性微型超级电容器的有希望的可印刷材料。

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图文导读

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图1. 水性无添加剂 Ox-SWCNT浆料的制备过程和假塑性行为示意图。

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图2. (a-b) p-SWCNTs和Ox-SWCNTs 的高分辨率TEM图像。(c) TGA 分析数据,(d) 拉曼光谱,(e) p-SWCNTs和Ox-SWCNTs的XPS C1s 数据,(f) Ox-SWCNTs的XPS O1s数据。Ox-SWCNT 浆料的流变特性。(g) 粘度与剪切速率。(H)ģ '和G ^ “值作为频率的函数的和(i)ģ '/ G ^ ”在一定范围的测试频率的测量值。

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图3. (a) 全印刷纸基柔性 MSC 的制备过程示意图。(b) 印刷 IDE 的顶视图和 (c,d) 侧视图 SEM 图像。(e) 通过 IPL 仪器的光热处理过程的图片。(f) IDE 和 IDE-IPL 的薄层电阻和 (g) 拉曼光谱。(h) IDE-IPL 的顶视图和 (i,j) 侧视图 SEM 图像。

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图4. (a-b) Ox-SWCNT-MSC 和 (b) Ox-SWCNT-MSC-IPL的CV曲线。

(c-d) Ox-SWCNT-MSC和Ox-SWCNT-MSC-IPL的EIS和GCD曲线。

(e) Ox-SWCNT-MSC和Ox-SWCNT-MSC-IPL的面电容值与特定面电流作图。

(f-g) Ox-SWCNT-MSC-IPL和从文献中获得的其他全印刷柔性 MSC 的面积和体积归一化 ED 和 PD。

(h) Ox-SWCNT-MSC-IPL (0.2 mA cm –2 ) 的循环测试。

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图5. (a) 弯曲试验的照片。(b/c)以不同弯曲半径弯曲的Ox-SWCNT-MSC-IPL的EIS和CV曲线。(d) 不同弯曲次数下 Ox-SWCNT-MSC-IPL的CV曲线。

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图6. (a) 具有五个串联连接的单个设备的全印刷MSC阵列。(b) 由全印刷纸质柔性MSC阵列驱动的数字时钟。(c) 单个MSC和MSC阵列的GCD曲线。

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小结

综上所述,基于环保水性无添加剂Ox-SWCNT浆料的全印刷纸基柔性MSC。水性、无添加剂的Ox-SWCNT浆料在柔性纸基材上小型化储能装置的简便和环保印刷方面具有巨大的潜力。

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