3D打印石墨烯气凝胶可制作强大的超级电容器
时间：2018-10-24 13:43 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
在测试中，电极实现了超级电容器所报告的最高面积电容。在早期的一项研究中，研究人员实现了由石墨烯气凝胶3D打印的超快速超级电容器电极。这次，他们使用改进的石墨烯气凝胶来构建载有氧化锰的多孔支架。
赝电容器是一种超级电容器，通过电极表面的反应来存储能量，使其比主要通过静电机制（称为电双层电容或EDLC）存储能量的超级电容器具有更像电池的性能。“赝电容器的问题在于，当你增加电极的厚度时，由于散装结构中的离子扩散缓慢，电容会迅速下降，”UC Santa Cruz化学与生物化学教授Yat Li说。 “因此，面临的挑战是增加赝电容器材料的质量负载，而不会牺牲每单位质量或体积的能量存储容量。”
该研究表明在平衡赝电容器中的质量负载和电容方面取得了突破。研究人员将质量负荷增加到每平方厘米超过100毫克氧化锰的记录水平而不影响性能，与商业设备相比有了大幅提升，商用设备的水平约为每平方厘米10毫克。面积电容也随着氧化锰的质量负载和电极厚度线性增加，而每克电容（重量电容）几乎保持不变。这表明即使在如此高的质量负载下，电极的性能也不受离子扩散的限制。
根据研究生Bin Lao的说法，在传统的超级电容器制造中，将薄的电极材料涂层应用于作为集电器的薄金属板上。增加涂层的厚度会导致性能下降，因此堆叠多个板以构建电容，增加重量和材料成本。
“通过我们的方法，我们不需要堆叠，因为我们可以通过使电极更厚而不牺牲性能来增加电容。研究人员设法将电极的厚度增加到4毫米而不牺牲性能。设计具有周期性孔结构的电极，其允许材料的均匀沉积和用于充电和放电的有效离子分布。印刷结构本身是由石墨烯气凝胶的圆柱形多孔棒制成的格子。然后将氧化锰沉积在晶格上。
中国3D打印网点评：这项研究的关键创新是使用3D打印来制造合理设计的结构，提供碳支架以支持赝电容材料，这些发现验证了使用3D打印制造储能设备的新方法。使用电极制成的超级电容器装置显示出良好的循环稳定性，在20,000次充电和放电循环后保持90％以上的初始电容。 3D打印电极具有大量的设计灵活性，石墨烯基油墨具有超高的表面积，轻质特性，弹性和优异的导电性。
中国3D打印网译自：3Dprint.com
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