चिप आधारित सुपरकैपेसिटर के निर्माण के लिए इंकजेट प्रिंटर का विस्तृत नियंत्रण
Summary
यह पेपर एक इंकजेट प्रिंटर का उपयोग करके चिप-आधारित सुपरकैपेसिटर के निर्माण के लिए एक तकनीक प्रदान करता है। स्याही को संश्लेषित करने, सॉफ़्टवेयर मापदंडों को समायोजित करने और निर्मित सुपरकैपेसिटर के इलेक्ट्रोकेमिकल परिणामों का विश्लेषण करने के लिए तरीकों का विस्तार से वर्णन किया गया है।
Abstract
पहनने योग्य उपकरणों, डिस्प्ले और ऊर्जा भंडारण उपकरणों के निर्माण के लिए इंकजेट प्रिंटिंग विधि को लागू करने के लिए विभिन्न क्षेत्रों में जबरदस्त प्रयास किए गए हैं। उच्च गुणवत्ता वाले उत्पादों को प्राप्त करने के लिए, हालांकि, स्याही सामग्री के भौतिक गुणों के आधार पर परिष्कृत संचालन कौशल की आवश्यकता होती है। इस संबंध में, इंकजेट प्रिंटिंग पैरामीटर का अनुकूलन स्याही सामग्री के भौतिक गुणों को विकसित करने के रूप में महत्वपूर्ण है। इस अध्ययन में, इंकजेट प्रिंटिंग सॉफ़्टवेयर पैरामीटर का अनुकूलन एक सुपरकैपेसिटर को गढ़ने के लिए प्रस्तुत किया गया है। सुपरकैपेसिटर अपने उच्च शक्ति घनत्व, लंबे जीवनकाल और बिजली स्रोतों के रूप में विभिन्न अनुप्रयोगों के कारण आकर्षक ऊर्जा भंडारण प्रणाली हैं। सुपरकैपेसिटर का उपयोग इंटरनेट ऑफ थिंग्स (आईओटी), स्मार्टफोन, पहनने योग्य उपकरणों, इलेक्ट्रिकल वाहनों (ईवी), बड़े ऊर्जा भंडारण प्रणालियों आदि में किया जा सकता है। अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला एक नई विधि की मांग करती है जो विभिन्न तराजू में उपकरणों का निर्माण कर सकती है। इंकजेट प्रिंटिंग विधि पारंपरिक निश्चित आकार के निर्माण विधि के माध्यम से तोड़ सकती है।
Introduction
पिछले दशकों में, विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए कई मुद्रण विधियों को विकसित किया गया है, जिसमें पहनने योग्य उपकरण 1, फार्मास्यूटिकल्स 2 और एयरोस्पेस घटक शामिल हैं। मुद्रण को आसानी से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों को बदलकर विभिन्न उपकरणों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। इसके अलावा, यह कच्चे माल की बर्बादी को रोकता है। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए, स्क्रीन प्रिंटिंग 4, पुश-कोटिंग 5 और लिथोग्राफी 6 जैसे कई मुद्रण विधियों को विकसित किया गया है। इन मुद्रण प्रौद्योगिकियों की तुलना में, इंकजेट प्रिंटिंग विधि के कई फायदे हैं, जिनमें कम सामग्री अपशिष्ट, कई सब्सट्रेट्स के साथ संगतता, कम लागत 8, लचीलापन 9, कम तापमान प्रसंस्करण 10, और बड़े पैमाने पर उत्पादन में आसानी शामिल है। हालांकि, इंकजेट प्रिंटिंग विधि के आवेदन को शायद ही कुछ परिष्कृत उपकरणों के लिए सुझाया गया है। यहां, हम एक सुपरकैपेसिटर डिवाइस को मुद्रित करने के लिए इंकजेट प्रिंटिंग विधि का उपयोग करने के लिए विस्तृत दिशानिर्देश स्थापित करने वाला एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं।
सुपरकैपेसिटर, जिसमें स्यूडोकैपेसिटर और इलेक्ट्रोकेमिकल डबल-लेयर कैपेसिटर (ईडीएलसी) शामिल हैं, ऊर्जा भंडारण उपकरणों के रूप में उभर रहे हैं जो पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी 12,13 के पूरक हो सकते हैं। विशेष रूप से, ईडीएलसी अपनी कम लागत, उच्च शक्ति घनत्व और लंबे चक्र life14 के कारण एक आशाजनक ऊर्जा भंडारण उपकरण है। सक्रिय कार्बन (एसी), उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र और चालकता वाले, वाणिज्यिक EDLCs15 में इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। एसी के ये गुण ईडीएलसी को एक उच्च इलेक्ट्रोकेमिकल धारिता 16 की अनुमति देते हैं। EDLCs उपकरणों में निष्क्रिय मात्रा है जब पारंपरिक निश्चित आकार निर्माण विधि का उपयोग किया जाता है। इंकजेट प्रिंटिंग के साथ, EDLCs को उत्पाद डिजाइन में पूरी तरह से एकीकृत किया जा सकता है। इसलिए, इंकजेट प्रिंटिंग विधि का उपयोग करके निर्मित डिवाइस मौजूदा निश्चित आकार के तरीकों 17 द्वारा निर्मित कार्यात्मक रूप से बेहतर है। कुशल इंकजेट प्रिंटिंग विधि का उपयोग करके ईडीएलसी का निर्माण ईडीएलसी की स्थिरता और दीर्घायु को अधिकतम करता है और एक फ्री-फॉर्म फैक्टर 18 प्रदान करता है। मुद्रण पैटर्न एक पीसीबी सीएडी प्रोग्राम का उपयोग करके डिज़ाइन किए गए थे और Gerber फ़ाइलों में परिवर्तित किए गए थे। डिज़ाइन किए गए पैटर्न को इंकजेट प्रिंटर का उपयोग करके मुद्रित किया गया था क्योंकि इसमें सटीक सॉफ़्टवेयर-सक्षम नियंत्रण, उच्च सामग्री थ्रूपुट और मुद्रण स्थिरता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण चरण पैरामीटर मानों को ठीक से समायोजित करके डिज़ाइन किए गए पैटर्न को मुद्रित करने के लिए सॉफ़्टवेयर पैरामीटर सेटअप में शामिल हैं। अनुकूलित मुद्रण संरचनात्मक अनुकूलन और न?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को कोरिया इलेक्ट्रिक पावर कॉर्पोरेशन (अनुदान संख्या: R21XO01-24) द्वारा समर्थित किया गया था, कोरियाई MOTIE के उद्योग विशेषज्ञों के लिए योग्यता विकास कार्यक्रम KIAT द्वारा संचालित (सं। P0012453), और चुंग-आंग विश्वविद्यालय स्नातक अनुसंधान छात्रवृत्ति 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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