Control elaborado de la impresora de inyección de tinta para la fabricación de supercondensadores basados en chips
Summary
Este documento proporciona una técnica para la fabricación de supercondensadores basados en chips utilizando una impresora de inyección de tinta. Las metodologías se describen en detalle para sintetizar tintas, ajustar los parámetros del software y analizar los resultados electroquímicos del supercondensador fabricado.
Abstract
Hay enormes esfuerzos en varios campos para aplicar el método de impresión de inyección de tinta para la fabricación de dispositivos portátiles, pantallas y dispositivos de almacenamiento de energía. Sin embargo, para obtener productos de alta calidad, se requieren habilidades de operación sofisticadas dependiendo de las propiedades físicas de los materiales de tinta. En este sentido, la optimización de los parámetros de impresión de inyección de tinta es tan importante como el desarrollo de las propiedades físicas de los materiales de tinta. En este estudio, se presenta la optimización de los parámetros del software de impresión de inyección de tinta para fabricar un supercondensador. Los supercondensadores son sistemas de almacenamiento de energía atractivos debido a su alta densidad de potencia, larga vida útil y diversas aplicaciones como fuentes de energía. Los supercondensadores se pueden utilizar en el Internet de las cosas (IoT), teléfonos inteligentes, dispositivos portátiles, vehículos eléctricos (EV), grandes sistemas de almacenamiento de energía, etc. La amplia gama de aplicaciones exige un nuevo método que pueda fabricar dispositivos en varias escalas. El método de impresión de inyección de tinta puede romper el método de fabricación convencional de tamaño fijo.
Introduction
En las últimas décadas, se han desarrollado múltiples métodos de impresión para diversas aplicaciones, incluidos dispositivos portátiles1, productos farmacéuticos2 y componentes aeroespaciales3. La impresión se puede adaptar fácilmente para varios dispositivos simplemente cambiando los materiales a utilizar. Además, evita el desperdicio de materias primas. Para fabricar dispositivos electrónicos, se han desarrollado varios métodos de impresión como serigrafía4, push-coating5 y litografía6. En comparación con estas tecnologías de impresión, el método de impresión por inyección de tinta tiene múltiples ventajas, entre las que se incluyen la reducción del desperdicio de materiales, la compatibilidad con múltiples sustratos7, el bajo costo8, la flexibilidad9, el procesamiento a baja temperatura10 y la facilidad de producción en masa11. Sin embargo, la aplicación del método de impresión de inyección de tinta apenas se ha sugerido para ciertos dispositivos sofisticados. Aquí, presentamos un protocolo que establece pautas detalladas para usar el método de impresión de inyección de tinta para imprimir un dispositivo supercondensador.
Los supercondensadores, incluidos los pseudocondensadores y los condensadores electroquímicos de doble capa (EDLC), están emergiendo como dispositivos de almacenamiento de energía que pueden complementar las baterías convencionales de iones de litio12,13. Especialmente, EDLC es un dispositivo de almacenamiento de energía prometedor debido a su bajo costo, alta densidad de potencia y larga vida útil14. El carbón activado (CA), que tiene una alta área de superficie específica y conductividad, se utiliza como material de electrodo en EDLC comerciales15. Estas propiedades de la CA permiten que los EDLC tengan una alta capacitancia electroquímica16. Los EDLC tienen el volumen pasivo en los dispositivos cuando se utiliza el método de fabricación convencional de tamaño fijo. Con la impresión de inyección de tinta, los EDLC se pueden integrar completamente en el diseño del producto. Por lo tanto, el dispositivo fabricado utilizando el método de impresión de inyección de tinta es funcionalmente mejor que el fabricado por las metodologías de tamaño fijo existentes17. La fabricación de EDLC utilizando el eficiente método de impresión de inyección de tinta maximiza la estabilidad y longevidad de los EDLC y proporciona un factor de forma libre18. Los patrones de impresión se diseñaron mediante el uso de un programa CAD de PCB y se convirtieron a archivos Gerber. Los patrones diseñados se imprimieron utilizando una impresora de inyección de tinta porque tiene un control preciso habilitado por software, un alto rendimiento de material y estabilidad de impresión.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los pasos críticos en este protocolo están involucrados en la configuración de parámetros de software para imprimir el patrón diseñado ajustando finamente los valores de los parámetros. La impresión personalizada puede conducir a la optimización estructural y a la obtención de nuevas propiedades mecánicas19. El método de impresión de inyección de tinta con control de parámetros de software se puede utilizar para la impresión sofisticada en diversas industrias mediante la selección…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la Corporación de Energía Eléctrica de Corea (número de subvención: R21XO01-24), el Programa de Desarrollo de Competencias para Especialistas de la Industria de la MOTIE coreana operado por KIAT (No. P0012453), y la Beca de Investigación de Posgrado de la Universidad de Chung-Ang 2021.
Materials
| 2” x 3” FR4 board | Voltera | SKU: 1000066 | PCB substrate |
| Activated carbon | MTI | Np-Ag-0530HT | |
| Eagle CAD | Autodesk | PCB CAD program | |
| Ethyl cellulose | Sigma Aldrich | 46070 | 48.0-49.5% (w/w) ethoxyl basis |
| Flex 2 conductive ink | Voltera | SKU: 1000333 | Flexible Ag ink |
| Lithium perchlorate | Sigma Aldrich | 634565 | |
| Propylene carbonate | Sigma Aldrich | 310328 | |
| PVDF | Sigma Aldrich | 182702 | average Mw ~534,000 by GPC |
| Smart Manager | ZIVE LAB | ver : 6. 6. 8. 9 | Electrochemical analysis program |
| Super-P | Hyundai | ||
| Terpineol | Sigma Aldrich | 432628 | |
| Thinky mixer | Thinky | ARE-310 | Planetary mixer |
| Triton-X | Sigma Aldrich | X100 | |
| V-One printer | Voltera | SKU: 1000329 | PCB printer |
| ZIVE SP1 | Wonatech | Potentiostat device |
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