基于石墨烯的墨水可以产生可印刷的能量存储装置

研究人员创造了一种由石墨烯纳米片制成的墨水，并证明该墨水可用于印刷三维结构。由于石墨烯基油墨可以以便宜且环境友好的方式大量生产，所以新方法为开发各种可印刷储能装置铺平了道路。

由苏州大学和北京石墨烯研究所的Jingyu Sun和刘中凡以及深圳大学的Ya-yun Li领导的研究人员在最近一期ACS Nano上发表了一篇关于他们工作的论文。

“我们的工作通过直接化学气相沉积实现了盐模板上氮掺杂石墨烯纳米片的可扩展和绿色合成，”Sun告诉Phys.org。“这使我们能够在可印刷储能领域进一步探索由此衍生的油墨。”

正如科学家解释的那样，石墨烯研究的一个关键目标是以高质量和低成本大规模生产石墨烯。能量存储应用通常需要粉末形式的石墨烯，但到目前为止，生产方法已导致具有大量结构缺陷和化学杂质的粉末，以及不均匀的层厚度。这使得制备高质量石墨烯油墨变得困难。

在新论文中，研究人员已经展示了一种制备石墨烯墨水的新方法，可以克服这些挑战。该方法涉及使用直接化学气相沉积在NaCl晶体上生长氮掺杂的石墨烯纳米片，其导致氮和碳的分子片段扩散到NaCl晶体的表面上。研究人员选择NaCl是因为其天然丰富，成本低，以及水溶性。为了除去NaCl，将涂覆的晶体浸没在水中，这导致NaCl溶解并留下纯氮掺杂的石墨烯笼。在最后一步中，用超声波处理笼子将笼子转变成2-D纳米片，每片约5-7个石墨层厚。

得到的氮掺杂石墨烯纳米片具有相对较少的缺陷和用于印刷的理想尺寸(边长约5微米)，因为较大的薄片会阻塞喷嘴。为了证明纳米片的有效性，研究人员使用基于石墨烯片的油墨印刷了各种各样的三维结构。在他们的演示中，研究人员使用墨水作为电极材料(氮化钒)的导电添加剂，并使用复合墨水为超级电容器印刷柔性电极，具有高功率密度和良好的循环稳定性。

在第二次演示中，研究人员创造了一种由石墨烯片和粘合剂材料(聚丙烯)制成的复合油墨，用于印刷Li-S电池的夹层。与仅由常规材料制成的隔板的电池相比，用复合材料制成的隔板表现出增强的导电性，导致电池性能的整体改善。

“未来，我们计划利用直接化学气相沉积技术将高质量石墨烯粉末大规模生产用于新兴的可印刷储能应用，”Sun说。