加州大学圣克鲁兹分校和劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家报告了第一个超快3d打印石墨烯超级电容器电极的例子，该电极的性能优于通过传统方法制成的同类电极。他们的研究结果为智能手机、可穿戴设备、可植入设备、电动汽车和无线传感器的高效能源存储系统的新颖、不受限制的设计打开了大门。
使用一种称为直接墨水书写的3d打印工艺和一种氧化石墨烯复合墨水，该团队能够打印微结构电极，并构建具有卓越性能特征的超级电容器。研究结果于1月20日在线发表在该杂志上纳米快报并将登上该杂志三月号的封面。
通讯作者、加州大学圣克鲁兹分校化学副教授Yat Li说:“使用毫米级厚度的3d打印石墨烯电极的超级电容设备表现出出色的电容保持和功率密度。”“这种性能大大超过了传统厚电极设备的性能，相当于或超过了已报道的电极薄10至100倍的设备的性能。”
LLNL工程师Zhu Cheng和UCSC研究生Tianyu Liu是该论文的主要作者。“这打破了2D制造的局限性，”朱说。“我们可以制作大范围的3D建筑。例如，在手机中，你只需要留下一小块区域来储存能量。它的几何形状可能非常复杂。”
快速充电
超级电容充电的速度也非常快，理论上只需要几分钟或几秒钟就能达到饱和状态。研究人员认为，在未来，新设计的3d打印超级电容器将被用于制造独特的电子产品，目前使用其他合成方法难以甚至不可能制造这些产品，包括完全定制的智能手机和基于纸张或可折叠的设备，同时取得了前所未有的成绩。
李彦宏表示，从可打印石墨烯墨水的开发开始，几个关键的突破使这些新设备成为可能。对3D打印方案进行修改，使其与气凝胶处理兼容，使得在3D打印结构中保持单个石墨烯片的重要力学和电学性能成为可能。最后，使用3D打印智能地在石墨烯电极上设计周期性的大孔，显著提高质量传输，允许设备支持更快的充放电速率而不降低其容量。
“这项工作为3d打印材料(如石墨烯气凝胶)如何显著扩展高性能和完全可积的设计空间提供了一个例子能量储存为广泛的应用而优化的设备，”李说。
石墨烯基油墨的优点包括其超高的表面积、轻量化、弹性和优异的导电性。研究人员报告称，石墨烯复合气凝胶超级电容器也非常稳定，在连续10000次充放电循环后，几乎能够完全保留其能量容量。
“石墨烯是一种非常不可思议的材料，因为它本质上是一个可以由石墨生成的原子层。由于它的结构和晶体排列，它有非常惊人的能力，”LLNL材料工程师Eric Duoss说。
在接下来的一年里，研究人员打算扩展这项技术，开发新的3D设计，使用不同的墨水，并改善现有材料的性能。
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