本文提供了一种使用喷墨打印机制造基于芯片的超级电容器的技术。详细描述了合成油墨,调整软件参数和分析所制造的超级电容器的电化学结果的方法。
在各个领域,将喷墨打印方法应用于可穿戴设备,显示器和储能设备的制造方面做出了巨大的努力。然而,为了获得高质量的产品,需要复杂的操作技能,具体取决于油墨材料的物理性能。在这方面,优化喷墨打印参数与开发油墨材料的物理性能同样重要。本研究对用于制造超级电容器的喷墨打印软件参数进行了优化。超级电容器是有吸引力的储能系统,因为它们具有高功率密度,长寿命以及作为电源的各种应用。超级电容器可用于物联网(IoT),智能手机,可穿戴设备,电动汽车(EV),大型储能系统等。广泛的应用需要一种可以制造各种规模设备的新方法。喷墨打印方法可以突破传统的固定尺寸制造方法。
在过去的几十年中,已经为各种应用开发了多种打印方法,包括可穿戴设备1,制药2和航空航天组件3。只需更改要使用的材料,即可轻松适应各种设备。此外,它还可以防止原材料的浪费。为了制造电子设备,已经开发了几种印刷方法,例如丝网印刷4,推涂5和平版印刷6 。与这些印刷技术相比,喷墨印刷方法具有多重优势,包括减少材料浪费,与多种承印物兼容7,低成本8,灵活性9,低温加工10,易于批量生产11。然而,对于某些复杂的设备,几乎没有建议应用喷墨打印方法。在这里,我们提出了一个协议,该协议建立了使用喷墨打印方法打印超级电容器设备的详细指南。
超级电容器,包括伪电容器和电化学双层电容器(EDLC),正在成为可以补充传统锂离子电池的储能器件12,13。特别是,EDLC是一种有前途的储能器件,因为它具有低成本,高功率密度和长循环寿命14。活性炭(AC)具有高比表面积和导电性,在商用EDLC15中用作电极材料。交流电的这些特性使EDLC具有高电化学电容16。当使用传统的固定尺寸制造方法时,EDLC在器件中具有无源体积。通过喷墨打印,EDLC可以完全集成到产品设计中。因此,使用喷墨打印方法制造的设备在功能上优于现有固定尺寸方法制造的设备17。使用高效的喷墨打印方法制造EDLC可最大限度地提高EDLC的稳定性和使用寿命,并提供自由外形18。打印图案是使用PCB CAD程序设计的,并转换为Gerber文件。设计的图案是使用喷墨打印机打印的,因为它具有精确的软件控制,高材料吞吐量和打印稳定性。
此协议中的关键步骤涉及软件参数设置,通过微调参数值来打印设计的图案。定制印刷可以优化结构并获得新的机械性能19。具有软件参数控制的喷墨打印方法,通过为打印过程选择优化的材料,可用于各个行业的复杂打印。
在使用喷墨打印制造超级电容器时,一篇论文报告说,开发具有均匀和高分辨率的图案仍然存在局限性。据悉,高温后处理仍需,物料…
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了韩国电力公司(批准号:R21XO01-24)的支持,这是由KIAT运营的韩国MOTIE行业专家的能力发展计划(编号:P0012453),以及2021年中港大学研究生研究奖学金。
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 |