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3D打印的石墨烯支架

發(fā)布時(shí)間：2022-09-13 12:24:17瀏覽：7093點(diǎn)贊：

加州大學(xué)圣克魯茲分校和加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)明了一種制造電容器的新制造技術(shù)

。

魔猴網(wǎng)了解到，研究人員使用可印刷石墨烯氣凝膠制作電極

，以構(gòu)建一個(gè)裝有電容凝膠的多孔三維支架

，這是一種電容器材料

，在某些方面也像電池一樣。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中

，新型電極實(shí)現(xiàn)了有史以來(lái)超級(jí)電容器報(bào)告的最高面積電容（每單位電極表面積存儲(chǔ)的電荷）

。

該示意圖示出了3D打印的石墨烯氣凝膠/氧化錳超級(jí)電容器電極的制造

作為能量存儲(chǔ)裝置，超級(jí)電容器具有非?div id="jfovm50" class="index-wrap">？焖伲◣酌氲綆追昼姡┏潆姴⑶彝ㄟ^數(shù)萬(wàn)次充電循環(huán)保持其存儲(chǔ)容量的優(yōu)點(diǎn)

。它們用于電動(dòng)車輛和其他應(yīng)用中的再生制動(dòng)系統(tǒng)。與電池相比

，它們?cè)谙嗤目臻g內(nèi)保持較少的能量

，并且它們不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持充電。但超級(jí)電容器技術(shù)的進(jìn)步可以使它們?cè)诟鼜V泛的應(yīng)用中與電池競(jìng)爭(zhēng)

。

在早期的工作中

，UCSC和LLNL的研究人員展示了使用3D打印的石墨烯氣凝膠制造的超快超級(jí)電容器電極

。在這項(xiàng)新研究中，他們使用改進(jìn)的石墨烯氣凝膠來(lái)制造多孔支架

，然后裝載氧化錳

，這是一種常用的贗電容材料。

作為電化學(xué)電容器的一部分

，贗電容器通過電極表面的反應(yīng)來(lái)儲(chǔ)存能量

，從而提供更像電池的性能。

現(xiàn)有的超級(jí)電容器設(shè)計(jì)通過將薄的電極材料涂層施加到用作集電器的薄金屬板來(lái)解決該問題

。使用具有多孔石墨烯的新型3D打印支架

，研究人員能夠?qū)①|(zhì)量負(fù)荷增加到每平方厘米超過100毫克氧化錳的記錄水平而不影響性能，而商用的典型水平約為10毫克/平方厘米設(shè)備

。

最重要的是

，面電容隨著氧化錳的質(zhì)量負(fù)載和電極厚度線性增加，而每克電容（重量電容）幾乎保持不變

。這表明即使在如此高的質(zhì)量負(fù)載下

，電極的性能也不受離子擴(kuò)散的限制。

該掃描電子顯微鏡圖像顯示3D打印的石墨烯氣凝膠晶格的頂視圖（比例尺：1毫米）

。（圖片來(lái)自Bin Yao）

“這項(xiàng)研究的關(guān)鍵創(chuàng)新是使用3D打印來(lái)制造合理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)

，提供碳支架以支持贗電容材料，”Li說(shuō)

。 “這些發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證了使用3D打印制造儲(chǔ)能設(shè)備的新方法

。”

用石墨烯氣凝膠/氧化錳電極制成的超級(jí)電容器裝置顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性

，在20,000次充電和放電循環(huán)后保持超過90％的初始電容

。 3D打印的石墨烯氣凝膠電極具有極大的設(shè)計(jì)靈活性，因?yàn)樗鼈兛梢灾瞥蛇m合裝置所需的任何形狀

。 LLNL開發(fā)的可印刷石墨烯基油墨具有超高的表面積

，輕質(zhì)特性，彈性和優(yōu)異的導(dǎo)電性

。

研究論文“超高M(jìn)nO2負(fù)載的高效3D打印偽電容電極”于10月18日在焦耳發(fā)表

。

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