有望改善儲能裝置：2D材料基油墨

來自曼徹斯特大學材料學院和國家石墨烯研究所的一組研究人員首次使用2D材料MXene配置墨水，3D打印出了叉指電極。正如Advanced Materials期刊所發(fā)布的那樣，這些油墨已被用于3D打印電極，可用于超級電容器等儲能設備。

MXene是一種由早期過渡金屬(如鈦)和碳原子組成的“粘土狀”二維材料，最早由美國德雷塞爾大學開發(fā)。然而，與大多數(shù)粘土不同，MXene在干燥時顯示出高導電性并且是親水的，使得它們易于分散在水性懸浮液和油墨中。它具有石墨烯高比表面積、高電導率的特點，又具備組分靈活可調(diào)，最小納米層厚可控等優(yōu)勢，已在儲能、吸附、傳感器、導電填充劑等領域展現(xiàn)出巨大的潛力。

石墨烯是世界上第一種二維材料，比銅更具導電性，比鋼更強，柔韌，透明，比人類頭發(fā)的直徑薄一百萬倍。

自其隔離以來，石墨烯為探索其他二維材料打開了大門，每種材料都具有一系列不同的特性。然而，為了利用這些獨特的性質(zhì)，需要將2D材料有效地集成到器件和結構中。制造方法和材料配方對于實現(xiàn)這一點至關重要。

領導該團隊的Suelen Barg博士說：“我們證明大量的MXene薄片可以覆蓋幾個原子厚度，水可以獨立地用于配制具有非常特殊的粘彈性行為的油墨用于印刷。這些油墨可以直接3D打印成高度超過20層的獨立式結構。由于MXene具有出色的導電性，我們可以將我們的墨水直接應用于無需三維印刷集電極的超級電容器。獨特的流變特性與該方法的可持續(xù)性相結合，為探索提供了許多機會，特別是在能量存儲和需要2D MXene功能特性的應用中，定制的3D架構。”

大學Nano3D實驗室的學生Wenji和Jae說：“增材制造提供了一種可能的方法來構建定制的多材料能源設備，展示了捕捉MXene在能源應用中使用潛力的能力。我們希望這項研究能夠全面開辟道路。釋放MXene在這一領域的潛力。”

“獨特的流變特性與該方法的可持續(xù)性相結合，為探索提供了許多機會，特別是在能量存儲和需要2D MXene在定制的3D架構中的功能特性的應用中，”材料學院Suelen Barg博士補充道。

這些設備的性能和應用越來越依賴于創(chuàng)新材料的開發(fā)和可擴展制造，以提高其性能。

超級電容器是能夠產(chǎn)生大量功率同時使用比傳統(tǒng)設備少得多的能量的設備。由于它們具有優(yōu)異的導電性并且具有減小器件重量的潛力，因此在這些類型的器件中使用2D材料已經(jīng)進行了許多工作。這些設備的潛在用途是用于汽車工業(yè)，例如電動汽車以及移動電話和其他電子設備。