Grafenbaseret blæk kan føre til energilagringsenheder, der kan udskrives

Forskere har lavet en blæk lavet af grafen nanoark, og demonstreret, at blækket kan bruges til at udskrive 3D-strukturer. Da det grafenbaserede blæk kan masseproduceres på en billig og miljøvenlig måde, de nye metoder baner vejen for udvikling af en bred vifte af printbare energilagringsenheder.

Forskerne, ledet af Jingyu Sun og Zhongfan Liu ved Soochow University og Beijing Graphene Institute, og Ya-yun Li ved Shenzhen Universitet, har udgivet et papir om deres arbejde i et nyligt nummer af ACS Nano .

"Vores arbejde realiserer den skalerbare og grønne syntese af nitrogen-dopede grafen-nanosheets på en saltskabelon ved direkte kemisk dampaflejring, " fortalte Sun Phys.org . "Dette giver os mulighed for yderligere at udforske således afledte blæk inden for printbar energilagring."

Som forskerne forklarer, et nøglemål i grafenforskning er masseproduktion af grafen med høj kvalitet og til lave omkostninger. Energilagringsapplikationer kræver typisk grafen i pulverform, men hidtil har produktionsmetoder resulteret i pulvere med et stort antal strukturelle defekter og kemiske urenheder, samt uensartet lagtykkelse. Dette har gjort det vanskeligt at fremstille grafenblæk af høj kvalitet.

I det nye blad, forskerne har demonstreret en ny metode til fremstilling af grafenblæk, der overvinder disse udfordringer. Metoden involverer dyrkning af nitrogen-doterede grafen nanoplader over NaCl-krystaller ved hjælp af direkte kemisk dampaflejring, hvilket får molekylære fragmenter af nitrogen og kulstof til at diffundere på overfladen af ​​NaCl-krystallerne. Forskerne valgte NaCl på grund af dets naturlige overflod og lave omkostninger, samt dets vandopløselighed. For at fjerne NaCl, de belagte krystaller er nedsænket i vand, hvilket får NaCl til at opløses og efterlade rene nitrogen-doterede grafenbure. I det sidste trin, behandling af burene med ultralyd forvandler burene til 2-D nanosheets, hver omkring 5-7 grafitlag tykke.

De resulterende nitrogen-doterede grafen nanoark har relativt få defekter og en ideel størrelse (ca. 5 mikrometer i sidelængde) til udskrivning, da større flager kan blokere dysen. For at demonstrere nanoarks effektivitet, forskerne printede en lang række 3D-strukturer ved hjælp af blæk baseret på grafenarkene. Blandt deres demonstrationer, forskerne brugte blækket som et ledende additiv til et elektrodemateriale (vanadiumnitrid) og brugte kompositblækket til at printe fleksible elektroder til superkondensatorer med høj effekttæthed og god cyklisk stabilitet.

I en anden demonstration, forskerne skabte en kompositblæk lavet af grafenarkene sammen med bindemateriale (polypropylen) til udskrivning af mellemlag til Li−S-batterier. Sammenlignet med batterier med separatorer, der kun er lavet af det konventionelle materiale, dem fremstillet med kompositmaterialet udviste forbedret ledningsevne, fører til en generel forbedring af batteriets ydeevne.

"I fremtiden, vi planlægger at udnytte den direkte kemiske dampaflejringsteknik til masseproduktion af grafenpulver af høj kvalitet til nye printbare energilagringsapplikationer, " sagde Sun.

© 2019 Science X Network