近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员吴忠帅团队和中国石油大学（华东）吴明铂教授团队合作，在3D打印石墨烯微型超级电容器研究方面取得新进展。合作团队开发出一种适用于3D打印的高质量无添加剂石墨烯油墨，研制出高集成密度、高输出电压和高电压密度微型超级电容器。相关成果发表在《先进材料》上。
石墨烯具有优异的力学、电学和热学性能，因此石墨烯及其油墨在柔性电子器件、热管理器件、生物材料器件等领域具有广泛的应用前景。然而，现有的3D打印石墨烯油墨都涉及氧化石墨烯以及各类添加剂的使用，这不仅降低了器件的导电性、导热性、能量密度，并且所需的冷冻辅助打印、还原后处理及冷冻干燥过程大大增加了工艺复杂性和成本，不能很好满足3D打印石墨烯油墨的商业化应用需求。
本工作中，研究团队以电化学阳极剥离的石墨烯、甘油及水为原料，开发出一种无高分子流变剂、性价比高，具有高鲁棒性、环保性的3D打印石墨烯油墨。由该油墨打印出的微型电极或器件不含高聚物等非活性材料，降低了其对储能及其他潜在应用领域的不利影响。团队以EMIMBF4/PVDF-HFP离子凝胶为准固态电解质，提高了3D打印的石墨烯微型超级电容器的电化学性能，其面积比电容为4900mF/cm2，体积比电容为195.6F/cm3，面积能量密度为2.1mWh/cm2，体积能量密度为23mWh/cm3，并且在3.5V高电压和100°C高温下实现了稳定的循环性能。此外，为了满足实际电子器件对高工作电压（>100V）的要求，团队还实现了3D打印的单片集成微型超级电容器的高集成器件数（188个器件），高集成密度（单位面积16个器件）、高输出电压（192.5V）和高电压密度（56V/cm2）等。
该工作有望为石墨烯在3D打印领域的商业化提供科学基础与应用指导。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202313930
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