近日，中國科學院大連化學物理研究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薄膜矽太陽電池研究組（DNL1606）劉生忠研究員團隊合作，開發出一種水系MXene/PH1000雜化墨水，利用噴墨列印科技高精度、規模化製備出高體積容量的微型超級電容器，並構建出平面全柔性自供電溫度傳感系統。
隨著數位科技的發展，可擕式和可穿戴微型電化學儲能器件不僅需要高的電化學效能，還要求具有柔性、長壽命、可定制形狀以及與微電子相容集成等特性。將產能、儲能和用能器件集成於一體，構建自供電系統可以解决可再生能源發電間歇性的問題。現時，這類集成微系統大多採用多種製造技術，如光刻、鐳射切割、電沉積等，不能保證良好的相容性和低成本。噴墨列印是一種高精度、非接觸、無需掩範本的列印科技，被認為是一種可定制化設計智慧柔性電子產品有前景的策略。然而，製備性能穩定、可列印、環境友好的墨水仍具有挑戰。
近日，該合作團隊報導了一種水系MXene/PH1000雜化墨水，具有高電導率、可調的粘度、卓越的列印性及長期穩定性，可同時作為高電容電極、高導電集流體、無金屬連接線和導電粘合劑。噴墨列印的微型超級電容器具有754F/cm3的高體積電容量，5.4V/cm2的高面電壓，60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36V的電壓。此外，合作團隊還在柔性襯底上列印微型超級電容器與溫度感測器，同時與柔性矽薄膜太陽電池集成，構建了全柔性自供電溫度傳感集成系統，實現了對溫度變化的即時監測。該水系MXene雜化墨水為構建可列印的自供電微系統開闢了新的途徑。
在構建柔性微系統研究工作中，吳忠帥團隊此前曾成功製備出雙功能介孔聚吡咯/石墨烯資料用於自驅動氣體監測（Adv. Funct.Mater.，2020）；開發出多功能MXene油墨應用於身體運動監測（Adv. Mater.，2021）；製備出高電壓鉀離子微型超級電容器用於壓力感測器（Adv. Energy Mater.，2021）。
相關研究成果以題為“Aqueous MXene/PH1000 Hybrid Inks for Inkjet-Printing Micro-Supercapacitors with Unprecedented Volumetric Capacitance and Modular Self-Powered Microelectronics”發表在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上。該工作的第一作者是中國科學院大連化學物理研究所508組2018級博士研究生馬佳鑫和鄭雙好副研究員。上述工作得到國家自然科學基金、中科院潔淨能源創新研究院合作基金、遼寧省中央引導地方專項等項目的資助。
文章連結：https://doi.org/10.1002/aenm.202100746
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