Forseggjort kontroll over blekkskriver for fabrikasjon av chipbaserte superkondensatorer

Summary

Dette papiret gir en teknikk for produksjon av brikkebaserte superkondensatorer ved hjelp av en blekkskriver. Metoder er beskrevet i detalj for å syntetisere blekk, justere programvareparametere og analysere de elektrokjemiske resultatene til den produserte superkondensatoren.

Abstract

Det er en enorm innsats på ulike felt for å bruke blekkskrivermetoden for fabrikasjon av bærbare enheter, skjermer og energilagringsenheter. For å få produkter av høy kvalitet kreves imidlertid sofistikerte operasjonsferdigheter avhengig av blekkmaterialenes fysiske egenskaper. I denne forbindelse er optimalisering av blekkskriverparametrene like viktig som å utvikle de fysiske egenskapene til blekkmaterialene. I denne studien presenteres optimalisering av programvareparametere for blekkskrivere for å fremstille en superkondensator. Superkondensatorer er attraktive energilagringssystemer på grunn av deres høye effekttetthet, lang levetid og forskjellige applikasjoner som strømkilder. Superkondensatorer kan brukes i Tingenes Internett (IoT), smarttelefoner, bærbare enheter, elektriske kjøretøy (ELBILER), store energilagringssystemer, etc. Det brede spekteret av applikasjoner krever en ny metode som kan fremstille enheter i forskjellige skalaer. Blekkskrivermetoden kan bryte gjennom den konvensjonelle fabrikasjonsmetoden med fast størrelse.

Introduction

I løpet av de siste tiårene har flere utskriftsmetoder blitt utviklet for ulike bruksområder, inkludert bærbare ^enheter1, ^legemidler2 og ^{luftfartskomponenter3}. Utskriften kan enkelt tilpasses ulike enheter ved ganske enkelt å endre materialene som skal brukes. Videre forhindrer det svinn av råvarer. For å produsere elektroniske enheter er det utviklet flere utskriftsmetoder som ^silketrykk4, push-coating5 og ^litografi6. Sammenlignet med disse utskriftsteknologiene har blekkskrivermetoden flere fordeler, inkludert redusert materialavfall, kompatibilitet med flere substrater7, ^lavpris8, ^{fleksibilitet9}, lavtemperaturbehandling10 og enkel ^{masseproduksjon11}. Imidlertid har bruken av blekkskriverutskriftsmetoden knapt blitt foreslått for visse sofistikerte enheter. Her presenterer vi en protokoll som fastsetter detaljerte retningslinjer for bruk av blekkskriverutskriftsmetoden for utskrift av en superkondensatorenhet.

Superkondensatorer, inkludert pseudokondensatorer og elektrokjemiske dobbeltlagskondensatorer (EDLCer), fremstår som energilagringsenheter som kan utfylle konvensjonelle litium-ion-batterier12,13. Spesielt er EDLC en lovende energilagringsenhet på grunn av den lave prisen, høy effekttetthet og lang ^{sykluslevetid14}. Aktivert karbon (AC), med høyt spesifikt overflateareal og ledningsevne, brukes som elektrodemateriale i kommersielle ^EDLD-er15. Disse egenskapene til AC tillater EDLCs å ha en høy elektrokjemisk ^kapasitans16. EDLCer har passivt volum i enheter når den konvensjonelle fabrikasjonsmetoden med fast størrelse brukes. Med blekkskriver kan EDLCene integreres fullt ut i produktdesignet. Derfor er enheten fremstilt ved hjelp av blekkskrivermetoden funksjonelt bedre enn den som er fremstilt av eksisterende metoder med fast ^størrelse17. Fabrikasjonen av EDLCer ved hjelp av den effektive blekkskrivermetoden maksimerer stabiliteten og levetiden til EDLCer og gir en friformsfaktor18. Utskriftsmønstrene ble designet ved hjelp av et PCB CAD-program og konvertert til Gerber-filer. De utformede mønstrene ble skrevet ut med en blekkskriver fordi den har nøyaktig programvareaktivert kontroll, høy materialgjennomstrømning og utskriftsstabilitet.

Protocol

1. Design av mønster ved hjelp av PCB CAD-program Kjør CAD-programmet. Klikk på Fil-knappen øverst i programvinduet. Hvis du vil opprette en ny prosjektfil, klikker du Knappene Ny og Prosjekt . Hvis du vil generere tavlefilen, klikker du på knappene Fil, Ny og Tavle i rekkefølge. Angi rutenettstørrelse, flere verdier og alternative verdier ved å klikke på den nettformede <str…

Representative Results

Blekket ble syntetisert i henhold til trinn 2, og egenskapene til blekket kunne bekreftes i henhold til referanse18. Figur 8 viser de strukturelle egenskapene til ledende blekk og EDLC-blekk, samt de reologiske egenskapene til EDLC-blekk rapportert i forrige forskning18. Det ledende blekket er godt sintret for å danne kontinuerlige ledebaner, og nanoskala grovhet forventes å øke kontaktområdet med EDLC-blekket (figur 8A…

Discussion

De kritiske trinnene i denne protokollen er involvert i programvareparameteroppsettet for å skrive ut det utformede mønsteret ved å finjustere parameterverdiene. Tilpasset utskrift kan føre til strukturell optimalisering og oppnå nye mekaniske ^egenskaper19. Blekkskrivermetoden med programvareparameterkontroll kan brukes til avansert utskrift i ulike bransjer ved å velge det optimaliserte materialet for utskriftsprosessen.

I fabrikasjonen av superkondensatorer ved …

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