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中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎國家重點(diǎn)實(shí)驗室二維材料化學(xué)與能源應用研究組研究員吳忠帥團隊與薄膜硅太陽(yáng)電池研究組研究員劉生忠團隊合作，開(kāi)發(fā)出一種水系MXene/PH1000雜化墨水，利用噴墨打印技術(shù)高精度、規?；苽涑龈唧w積容量的微型超級電容器，并構建出平面全柔性自供電溫度傳感系統。

隨著(zhù)數字技術(shù)的發(fā)展，便攜式和可穿戴微型電化學(xué)儲能器件要求具有柔性、長(cháng)壽命、可定制形狀以及與微電子兼容集成等特性。將產(chǎn)能、儲能和用能器件集成于一體，構建自供電系統可以解決可再生能源發(fā)電間歇性的問(wèn)題。目前，此類(lèi)集成微系統大多采用多種制造技術(shù)，如光刻、激光切割、電沉積等，不能保證良好的兼容性和低成本。噴墨打印是一種高精度、非接觸、無(wú)需掩模板的打印技術(shù)，被認為是一種可定制化設計智能柔性電子產(chǎn)品有前景的策略。然而，制備性能穩定、可打印、環(huán)境友好的墨水仍具挑戰。

近日，科研人員報道了一種水系MXene/PH1000雜化墨水，具有高電導率、可調的粘度、卓越的打印性及長(cháng)期穩定性，可同時(shí)作為高電容電極、高導電集流體、無(wú)金屬連接線(xiàn)和導電粘合劑。噴墨打印的微型超級電容器具有754F/cm³的高體積電容量，5.4V/cm²的高面電壓，60個(gè)串聯(lián)的無(wú)金屬集流體和連接線(xiàn)的微型超級電容器可以輸出高達36V的電壓。此外，科研人員在柔性襯底上打印微型超級電容器與溫度傳感器，同時(shí)與柔性硅薄膜太陽(yáng)電池集成，構建了全柔性自供電溫度傳感集成系統，實(shí)現了對溫度變化的即時(shí)監測。該水系MXene雜化墨水為構建可打印的自供電微系統開(kāi)辟了新途徑。

在構建柔性微系統研究工作中，吳忠帥團隊此前曾制備出雙功能介孔聚吡咯/石墨烯材料用于自驅動(dòng)氣體監測（Adv. Funct. Mater.，2020）；開(kāi)發(fā)出多功能MXene油墨應用于身體運動(dòng)監測（Adv. Mater.，2021）；制備出高電壓鉀離子微型超級電容器用于壓力傳感器（Adv. Energy Mater.，2021）。

相關(guān)研究成果以Aqueous MXene/PH1000 Hybrid Inks for Inkjet-Printing Micro-Supercapacitors with Unprecedented Volumetric Capacitance and Modular Self-Powered Microelectronics為題，發(fā)表在A(yíng)dvanced Energy Materials上。論文第一作者為大連化物所二維材料化學(xué)與能源應用研究組博士研究生馬佳鑫和副研究員鄭雙好。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院潔凈能源創(chuàng )新研究院合作基金、遼寧省中央引導地方科技發(fā)展專(zhuān)項等的支持。

噴墨打印微型超級電容器及自供電集成系統構筑的示意圖