Utarbetad kontroll av bläckstråleskrivare för tillverkning av chipbaserade superkondensatorer

Summary

Detta papper ger en teknik för tillverkning av chipbaserade superkondensatorer med hjälp av en bläckstråleskrivare. Metoder beskrivs i detalj för att syntetisera bläck, justera programvaruparametrar och analysera de elektrokemiska resultaten av den tillverkade superkondensatorn.

Abstract

Det finns enorma ansträngningar inom olika områden för att tillämpa bläckstråleutskriftsmetoden för tillverkning av bärbara enheter, skärmar och energilagringsenheter. För att få högkvalitativa produkter krävs dock sofistikerade driftsfärdigheter beroende på bläckmaterialens fysikaliska egenskaper. I detta avseende är optimering av bläckstråleutskriftsparametrarna lika viktigt som att utveckla bläckmaterialens fysikaliska egenskaper. I denna studie presenteras optimering av parametrarna för bläckstråleutskriftsprogramvara för tillverkning av en superkondensator. Superkondensatorer är attraktiva energilagringssystem på grund av deras höga effekttäthet, långa livslängd och olika applikationer som kraftkällor. Superkondensatorer kan användas i Internet of Things (IoT), smartphones, bärbara enheter, elfordon (EV), stora energilagringssystem etc. Det breda utbudet av applikationer kräver en ny metod som kan tillverka enheter i olika skalor. Bläckstråleskrivarmetoden kan bryta igenom den konventionella tillverkningsmetoden med fast storlek.

Introduction

Under de senaste årtiondena har flera tryckmetoder utvecklats för olika tillämpningar, inklusive bärbara ^enheter1, ^läkemedel2 och ^{flygkomponenter3}. Utskriften kan enkelt anpassas för olika enheter genom att helt enkelt ändra de material som ska användas. Dessutom förhindrar det slarven på råvaror. För att tillverka elektroniska enheter har flera tryckmetoder som ^screentryck4, push-coating5 och ^litografi6 utvecklats. Jämfört med dessa trycktekniker har bläckstråleskrivarmetoden flera fördelar, bland annat minskat materialavfall, kompatibilitet med flera ^substrat7, låg ^kostnad8, ^{flexibilitet9}, lågtemperaturbearbetning10 och enkel ^{massproduktion11.} Tillämpningen av bläckstråleskrivarmetoden har emellertid knappast föreslagits för vissa sofistikerade enheter. Här presenterar vi ett protokoll som fastställer detaljerade riktlinjer för att använda bläckstråleutskriftsmetoden för utskrift av en superkondensatoranordning.

Superkondensatorer, inklusive pseudokondensatorer och elektrokemiska dubbelskiktskondensatorer (EDLC), växer fram som energilagringsenheter som kan komplettera konventionella litiumjonbatterier12,13. Speciellt är EDLC en lovande energilagringsenhet på grund av dess låga kostnad, höga effekttäthet och långa ^livscykel14. Aktivt kol (AC), som har hög specifik yta och konduktivitet, används som elektrodmaterial i kommersiella ^EDLC15. Dessa egenskaper hos AC gör att EDLC kan ha en hög elektrokemisk ^kapacitans16. EDLC har den passiva volymen i enheter när den konventionella tillverkningsmetoden med fast storlek används. Med bläckstråleskrivare kan EDLC integreras helt i produktdesignen. Därför är den enhet som tillverkas med bläckstråleskrivarmetoden funktionellt bättre än den som tillverkas av befintliga metoder med fast ^storlek17. Tillverkningen av EDLC med den effektiva bläckstråleskrivarmetoden maximerar stabiliteten och livslängden hos EDLC och ger en friformsfaktor18. Utskriftsmönstren designades med hjälp av ett PCB CAD-program och konverterades till Gerber-filer. De designade mönstren skrevs ut med en bläckstråleskrivare eftersom den har exakt programvaruaktiverad kontroll, hög materialgenomströmning och utskriftsstabilitet.

Protocol

1. Design av mönster med PCB CAD-program Kör CAD-programmet. Klicka på Fil-knappen ovanpå programfönstret. För att bilda en ny projektfil, klicka på knapparna Ny och Projekt . För att generera styrelsefilen, klicka på knapparna Arkiv, Ny och Styrelse i ordning. Ställ in rutnätsstorlek, flera och alt-värden genom att klicka på den nätformade rutnätsknappen </stro…

Representative Results

Bläcket syntetiserades enligt steg 2 och bläckets egenskaper kunde bekräftas enligt referens18. Figur 8 visar de strukturella egenskaperna hos ledande bläck och EDLC-bläck, liksom de reologiska egenskaperna hos EDLC-bläck som rapporterats i den tidigare forskningen18. Det ledande bläcket är väl sintrat för att bilda kontinuerliga ledande vägar, och nanoskalans grovhet förväntas öka kontaktytan med EDLC-bläcket (<strong class="xfi…

Discussion

De kritiska stegen i det här protokollet är involverade i programvaruparameterinställningen för att skriva ut det designade mönstret genom att finjustera parametervärdena. Kundanpassade utskrifter kan leda till strukturoptimering och nya mekaniska ^egenskaper19. Bläckstråleskrivarmetoden med programvaruparameterstyrning kan användas för sofistikerad utskrift i olika branscher genom att välja det optimerade materialet för tryckprocessen.

Vid tillverkning av su…

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