大连化物所利用多功能油墨打印出微型储能器件和自供电系统

传统储能、供电设施功能单一、“单打独斗”，设计集产能、储能、用能于一体的自供电系统是研究热点之一。目前，这类集成系统大多基于多种制造方法，如光刻、激光切割、电沉积等，制作周期长、成本高，不同零部件间的兼容性较差。

近日，中科院大连化物所研究员吴忠帅团队与刘生忠团队合作，开发出一种多功能的水系MXene印刷油墨，并基于该油墨打印出微型超级电容器、锂离子微型电池和全柔性自供电压力传感系统。相关研究成果发表在《先进材料》上。

MXene是一种新型的二维过渡金属化合物，具有独特的电化学、力学、光学和机械性能，广泛用于电化学储能、电催化、电磁屏蔽和传感设备中。国际上不少团队希望开发出MXene油墨，使打印出来的图文具有导电、储能等多种功能。然而，通常制作的MXene油墨存在非活性添加剂或杂质成分较多的问题，开发无添加剂、多功能、高质量的MXene油墨极具挑战。

为此，研究团队创造性地采用选择性刻蚀技术，设计并开发出一种多功能的水系可印刷MXene油墨。该油墨可同时作为高电容电极、灵敏的压力传感材料、高导电集流体、无金属连接线和导电粘合剂。利用MXene油墨，研究团队在各类基板上制备出微型超级电容器。该电容器具有高面积电容量，串联器件输出电压可达到60伏。研究还发现，MXene与钛酸锂、磷酸铁锂组成的复合油墨，可打印获得高能量密度的锂离子微型电池。此外，团队还借助多功能的MXene油墨实现了MXene基微型超级电容器/锂离子微型电池、柔性太阳能电池、MXene水凝胶压力传感器的集成，构建出全柔性自供电压力传感集成系统。该集成系统对人身运动响应非常快，响应时间仅需35毫秒。研究团队认为，该多功能MXene油墨为构建可打印的自供电微系统开辟了新途径。