3-D-printbare 2-D-materialebaserede blæk viser løfte om at forbedre energilagringsenheder

For første gang, et team af forskere, fra School of Materials og National Graphene Institute ved University of Manchester har formuleret blæk ved hjælp af 2-D-materialet MXene, at producere 3-D-printede interdigiterede elektroder.

Som offentliggjort i Avancerede materialer , disse blæk er blevet brugt til 3-D-udskrivning af elektroder, der kan bruges i energilagringsenheder såsom superkapacitorer.

MXene, et 'lerlignende' todimensionelt materiale sammensat af tidlige overgangsmetaller (såsom titanium) og carbonatomer, blev først udviklet af Drexel University. Imidlertid, i modsætning til de fleste ler, MXene viser høj elektrisk ledningsevne ved tørring og er hydrofil, tillader dem let at blive dispergeret i vandige suspensioner og blæk.

Grafen var verdens første todimensionelle materiale, mere ledende end kobber, mange gange stærkere end stål, fleksibel, gennemsigtig og en million gange tyndere end diameteren af ​​et menneskehår.

Siden dens isolation, grafen har åbnet dørene for udforskningen af ​​andre todimensionelle materialer, hver med en række forskellige egenskaber. Imidlertid, for at gøre brug af disse unikke egenskaber, 2D-materialer skal integreres effektivt i enheder og strukturer. Fremstillingstilgangen og materialeformuleringerne er afgørende for at realisere dette.

Dr. Suelen Barg, der ledede holdet, sagde:"Vi demonstrerer, at store MXene-flager spænder over et par atomer tykke, og vand kan selvstændigt bruges til at formulere blæk med meget specifik viskoelastisk opførsel til udskrivning. Disse blæk kan direkte 3D-printes til fritstående arkitekturer over 20 lag høje. På grund af den fremragende elektriske ledningsevne af MXene, vi kan anvende vores blæk til direkte 3-D-printstrømsamlere uden superkapacitorer. De unikke rheologiske egenskaber kombineret med tilgangens bæredygtighed åbner mange muligheder for at udforske, især i energilagring og applikationer, der kræver de funktionelle egenskaber af 2-D MXene i tilpassede 3-D-arkitekturer."

Wenji og Jae, Ph.D. studerende på Nano3D Lab på universitetet, sagde:"Additiv fremstilling tilbyder en mulig metode til at bygge skræddersyet, multi-materiale energienheder, demonstrere evnen til at fange MXene's potentiale for brug i energiapplikationer. Vi håber, at denne forskning vil åbne muligheder for fuldt ud at frigøre potentialet for MXene til brug på dette felt."

"De unikke rheologiske egenskaber kombineret med tilgangens bæredygtighed åbner mange muligheder for at udforske, især i energilagring og applikationer, der kræver de funktionelle egenskaber af 2-D MXene i tilpassede 3-D arkitekturer, " sagde Dr. Suelen Barg, Materialeskolen.

Ydeevnen og anvendelsen af ​​disse enheder afhænger i stigende grad af udvikling og skalerbar fremstilling af innovative materialer for at forbedre deres ydeevne.

Superkondensatorer er enheder, der er i stand til at producere enorme mængder strøm, mens de bruger meget mindre energi end konventionelle enheder. Der er blevet udført meget arbejde med brugen af ​​2-D-materialer i disse typer enheder på grund af deres fremragende ledningsevne samt potentialet til at reducere vægten af ​​enheden.

Potentielle anvendelser for disse enheder er til bilindustrien, såsom i elbiler samt til mobiltelefoner og anden elektronik.