西南交大杨维清/张海涛与UCLA陈俊教授合作研发空气稳定导电聚合物油墨用于打印微型超级电容器

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【科研摘要】

预计在物联网时代，打印电子产品将促进广泛分布的可穿戴电子产品。然而，开发廉价且稳定的电极油墨仍然是打印电子行业和学术界的重大挑战。最近，为了克服聚苯胺的弱亲水性，西南交通大学杨维清教授 / 张海涛副教授，和加州大学洛杉矶分校陈俊助理教授团队通过一种简便的组装分散策略设计出了一种低成本，易于制造且空气稳定的导电聚合物（ CP）墨水，该策略可提供约10 ⁻ ² S cm的高电导率以及在0.5 A g ^-1 （脱水状态）下具有显着的386.9 F g ^-1 的比电容。

西南交大杨维清/张海涛，UCLA陈俊：空气稳定的导电聚合物油墨，打印可穿戴微型超级电容器的图1

不含添加剂的CP墨水通过喷涂方法直接用于打印可穿戴式微型超级电容器（MSC），可提供较高的面电容（96.6 mF cm ^-2 ）和体积电容（ 26.0 F cm ^-3 ），性能优于大多数最先进的基于CP的超级电容器。这项工作为实现可扩展的MSC提供了一种新方法，从而为下一代分布式电子产品提供了一种经济高效，环保且普及的能源解决方案。相关论文以题为 Air-Stable Conductive Polymer Ink for Printed Wearable Micro-Supercapacitors 发表在《 Small 》上。

【科研摘要】

西南交大杨维清/张海涛，UCLA陈俊：空气稳定的导电聚合物油墨，打印可穿戴微型超级电容器的图2

图1 用于打印的可穿戴 MSC的空气稳定型导电聚合物油墨。

西南交大杨维清/张海涛，UCLA陈俊：空气稳定的导电聚合物油墨，打印可穿戴微型超级电容器的图3

图2 CP油墨的特性和性能。

西南交大杨维清/张海涛，UCLA陈俊：空气稳定的导电聚合物油墨，打印可穿戴微型超级电容器的图4

图3 基于 CP墨水的MSC的电化学性能。

西南交大杨维清/张海涛，UCLA陈俊：空气稳定的导电聚合物油墨，打印可穿戴微型超级电容器的图5

图4 集成 MSCs电路的电化学性能。

【总结】

团队提出了一种组装分散策略，用于可扩展制造的空气稳定的低成本导电聚合物油墨，以打印可穿戴式 MSC。 CP墨水具有386.9 F g ^-1 （在0.5 A g ^-1 的情况下）的高比电容以及良好的导电性。从这种CP油墨衍生而来的结果表明，打印的可穿戴MSC具有较高的面电容（96.6 mF cm ⁻ ² ），较大的体积电容（26.0 F cm ⁻ ³ ），出色的速率能力以及2.4 mWh cm ⁻ ³ 的可观能量密度在功率密度为238.3 mW cm ^-3 的情况下，超过了大多数最先进的基于导电聚合物的超级电容器。开发的空气稳定，经济高效且环保的导电聚合物油墨不仅为可打印的电化学储能装置提供了广阔的前景，而且还可以扩展到支持下一代可穿戴生物电子学的其他打印电子应用中。

参考文献：doi.org/10.1002/smll.202100956

【往期回顾】

《J. Mater. Chem. A》武大段博/川大傅强：拉伸诱导取向，高强度和导热的纤维素/氮化硼薄膜水凝胶

《大分子》浙大吴子良/郑强/杜淼，华工孙桃林：氢键缔合介导的韧性超分子水凝胶的动力学和粘弹性

南开大学孙平川《ACS Macro Letters》生物启发的聚氨酯，具有带有协同动态键的多功能嵌段模块

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