傳統(tǒng)儲(chǔ)能、供電設(shè)施功能單一、“單打獨(dú)斗”，設(shè)計(jì)集產(chǎn)能、儲(chǔ)能、用能于一體的自供電系統(tǒng)是研究熱點(diǎn)之一。目前，這類集成系統(tǒng)大多基于多種制造方法，如光刻、激光切割、電沉積等，制作周期長(zhǎng)、成本高，不同零部件間的兼容性較差。

近日，中科院大連化物所研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)與劉生忠團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出一種多功能的水系MXene印刷油墨，并基于該油墨打印出微型超級(jí)電容器、鋰離子微型電池和全柔性自供電壓力傳感系統(tǒng)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

MXene是一種新型的二維過(guò)渡金屬化合物，具有獨(dú)特的電化學(xué)、力學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能，廣泛用于電化學(xué)儲(chǔ)能、電催化、電磁屏蔽和傳感設(shè)備中。國(guó)際上不少團(tuán)隊(duì)希望開發(fā)出MXene油墨，使打印出來(lái)的圖文具有導(dǎo)電、儲(chǔ)能等多種功能。然而，通常制作的MXene油墨存在非活性添加劑或雜質(zhì)成分較多的問題，開發(fā)無(wú)添加劑、多功能、高質(zhì)量的MXene油墨極具挑戰(zhàn)。

為此，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地采用選擇性刻蝕技術(shù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)出一種多功能的水系可印刷MXene油墨。該油墨可同時(shí)作為高電容電極、靈敏的壓力傳感材料、高導(dǎo)電集流體、無(wú)金屬連接線和導(dǎo)電粘合劑。利用MXene油墨，研究團(tuán)隊(duì)在各類基板上制備出微型超級(jí)電容器。該電容器具有高面積電容量，串聯(lián)器件輸出電壓可達(dá)到60伏。研究還發(fā)現(xiàn)，MXene與鈦酸鋰、磷酸鐵鋰組成的復(fù)合油墨，可打印獲得高能量密度的鋰離子微型電池。此外，團(tuán)隊(duì)還借助多功能的MXene油墨實(shí)現(xiàn)了MXene基微型超級(jí)電容器/鋰離子微型電池、柔性太陽(yáng)能電池、MXene水凝膠壓力傳感器的集成，構(gòu)建出全柔性自供電壓力傳感集成系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)對(duì)人身運(yùn)動(dòng)響應(yīng)非常快，響應(yīng)時(shí)間僅需35毫秒。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，該多功能MXene油墨為構(gòu)建可打印的自供電微系統(tǒng)開辟了新途徑。