合理的工程設計和可印刷石墨烯墨水的簡化生產是製造高能柔性石墨烯微型超級電容器（MSCs）的關鍵。然而，很少有基於石墨烯的MSCs顯示出令人印象深刻的面積電容和能量密度，尤其是基於添加劑製造、成本效益高和可列印油墨的MSCs。本文，蘭州大學Huqiang Chen與Yongxiao Bai（通訊作者）在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊發表名為「Sand-Milling Fabrication of Screen-Printable Graphene Composite Inks for High-Performance Planar Micro-Supercapacitors」的論文，研究針對可縮放絲網印刷MSCs，巧妙地配製了一種新型的、可溶液處理的石墨烯複合油墨。更重要的是，按配方配製的墨水由交織的二維石墨烯和活性炭納米填料組成，通過一步砂磨湍流剝落而分層。
值得注意的是，將活性炭納米板嵌入石墨烯層中可顯著提高絲網印刷微型超級電容器（表示為Gr/AC MSCs）的電化學性能，例如12.5 mF cm–2（約為純石墨烯的20倍）的電化學性能。5000次循環後，最大能量密度、最大功率密度和異常循環率分別為1.07μW·h·cm-2、0.004 mW·cm-2和88.1%。因此，紙上印刷的MSCs顯示出高解析度和顯著的儲能性能。此外，封裝和優化的Gr/AC MSCs即使在高度摺疊和良好的耐水性下也具有顯著的機械靈活性，在清洗90分鐘後保持91.8%的電容保持率。這種多功能方法突出了石墨烯和類似的二維納米片功能性墨水在柔性儲能裝置的可擴展製造中的應用前景。
圖1. Gr / AC-MSC的製造過程示意圖。
圖2、制好的Gr / AC油墨的特性。
圖3. Gr / AC油墨的絲網印刷和印刷後的Gr / AC-MSC的電化學特性。
圖4.絲網印刷的AC-MSC，Gr-MSC和Gr / AC-MSC的電化學性能比較和結構分析。
圖5.印刷在照相紙的Gr / AC-MSC的電化學性能
圖6.（a）防水裝置的示意圖，包括封裝和噴塗防水過程。
（b）在各種洗滌時間下防水裝置的實際電容保持率；該圖顯示了在0.1 mA cm –2時的GCD曲線。
（c）以50 mV s –1的掃描速率獲得的，隨著串聯Gr / AC-MSC數量增加而印刷的Gr / AC-MSC的CV曲線。
（d）具有以0.1 mA cm –2串聯的六個Gr / AC-MSC的串聯設備的恆電流充放電曲線。
綜上所述，我們已經證明了通過砂磨湍流分層方法製備的複合Gr / AC油墨配方，該絲網可以用於具有多種多樣的圖案的可擴展絲網印刷，具有出色的柔韌性和空間均勻性。輕巧地製造了平面微型超級電容器，具有較高的面電容（12.5 mF cm –2）和明顯的機械柔韌性。這項工作中採用的策略為以一種簡單且具有成本效益的方法配製多用途，可絲網印刷的油墨提供了一條新途徑，並且這種油墨在小型可攜式電子產品中的重要性可能會越來越高。
文獻：
https://doi.org/10.1021/acsami.0c16976
文章來源：材料分析與應用
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