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

Tredimensionel (3D) print, også kendt som additiv fremstilling, er opstået som en kraftfuld teknologi til fremstilling af komplekse strukturer med høj præcision. Udviklingen af ​​egnede blæk til 3D-print af todimensionelle (2D) materialer, såsom grafen og overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er), har imidlertid været udfordrende. Disse materialer er ofte tilbøjelige til agglomerering og dårlig spredning i opløsningsmidler, hvilket gør det vanskeligt at opnå ensartet og stabil blæk.

For at løse disse udfordringer har forskere udforsket forskellige strategier til at designe 3D-printbare 2D-materialer baseret blæk. En almindelig tilgang involverer funktionalisering af 2D-materialerne med egnede ligander eller polymerer for at forbedre deres dispersion og stabilitet i opløsningsmidler. For eksempel kan grafenoxid (GO) funktionaliseres med oxygenholdige grupper for at danne GO-dispersioner, der direkte kan bruges til 3D-print. På samme måde kan TMD'er funktionaliseres med organiske ligander for at forbedre deres kompatibilitet med opløsningsmidler og forhindre agglomeration.

En anden strategi for udvikling af 3D-printbare 2D-materialer baseret blæk er at bruge kompositmaterialer. I denne tilgang kombineres 2D-materialer med andre materialer, såsom polymerer, metaller eller keramik, for at skabe kompositblæk med forbedret printbarhed og ydeevne. For eksempel har grafen-polymer-kompositter vist lovende resultater for 3D-print af ledende og multifunktionelle strukturer.

Med hensyn til energilagringsapplikationer tilbyder 3D-printbare 2D-materialebaserede blæk flere fordele. For det første kan disse blæk bruges til at fremstille elektroder med højt overfladeareal med skræddersyede arkitekturer, som kan forbedre den elektrokemiske ydeevne af energilagringsenheder. For det andet muliggør evnen til præcist at kontrollere blæksammensætningen og afsætningen optimering af elektrodeegenskaber, såsom porøsitet, ledningsevne og mekanisk styrke. For det tredje muliggør 3D-print fremstilling af komplekse elektrodestrukturer, såsom interdigiterede elektroder eller hierarkiske arkitekturer, som yderligere kan forbedre energilagringsydelsen.

Samlet set rummer 3D-printbare 2D-materialebaserede blæk et stort potentiale for at fremme udviklingen af ​​højtydende energilagringsenheder. Disse blæk gør det muligt at fremstille komplekse elektrodestrukturer med skræddersyede egenskaber, som markant kan forbedre energilagringskapaciteten, effekttætheden og cyklusstabiliteten af ​​batterier, superkondensatorer og andre elektrokemiske enheder.