p Cientistas da UC Santa Cruz e do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) relataram o primeiro exemplo de eletrodos supercapacitores de grafeno impressos em 3D ultrarrápidos que superam eletrodos comparáveis ​​feitos por métodos tradicionais. Seus resultados abrem a porta para o romance, projetos irrestritos de sistemas de armazenamento de energia altamente eficientes para smartphones, vestuário, dispositivos implantáveis, carros elétricos e sensores sem fio. p Usando um processo de impressão 3D chamado de escrita com tinta direta e uma tinta composta de óxido de grafeno, a equipe foi capaz de imprimir eletrodos micro-arquitetados e construir supercapacitores com excelentes características de desempenho. Os resultados foram publicados online em 20 de janeiro na revista. Nano Letras e será capa da edição de março da revista.

p "Dispositivos supercapacitores usando nossos eletrodos de grafeno impressos em 3D com espessuras da ordem de milímetros exibem excelente retenção de capacitância e densidades de potência, "disse o autor correspondente Yat Li, professor associado de química na UC Santa Cruz. "Este desempenho excede em muito o desempenho de dispositivos convencionais com eletrodos grossos, e é igual ou superior ao desempenho de dispositivos relatados feitos com eletrodos 10 a 100 vezes mais finos. "

p O engenheiro do LLNL, Cheng Zhu, e o estudante de graduação da UCSC Tianyu Liu são os principais autores do artigo. "Isso rompe as limitações do que a manufatura 2D pode fazer, "Disse Zhu." Podemos fabricar uma grande variedade de arquiteturas 3D. Em um telefone, por exemplo, você só precisaria deixar uma pequena área para armazenamento de energia. A geometria pode ser muito complexa. "

p Carregamento rápido

p Os supercapacitores também podem carregar incrivelmente rápido, Zhu disse, em teoria, requer apenas alguns minutos ou segundos para atingir a capacidade total. No futuro, os pesquisadores acreditam que supercapacitores impressos em 3D recém-projetados serão usados ​​para criar eletrônicos exclusivos que atualmente são difíceis ou mesmo impossíveis de fazer usando outros métodos sintéticos, incluindo smartphones totalmente personalizados e dispositivos dobráveis ​​ou baseados em papel, enquanto, ao mesmo tempo, atinge níveis de desempenho sem precedentes.

p De acordo com Li, várias descobertas importantes tornaram esses novos dispositivos possíveis, começando com o desenvolvimento de uma tinta à base de grafeno para impressão. A modificação do esquema de impressão 3D para ser compatível com o processamento de aerogel tornou possível manter as propriedades mecânicas e elétricas importantes de folhas únicas de grafeno nas estruturas impressas em 3D. Finalmente, o uso de impressão 3D para projetar macroporos periódicos de forma inteligente no eletrodo de grafeno aumenta significativamente o transporte de massa, permitindo que o dispositivo suporte taxas de carga / descarga muito mais rápidas sem degradar sua capacidade.

p "Este trabalho fornece um exemplo de como materiais impressos em 3D, como aerogéis de grafeno, podem expandir significativamente o espaço de design para a fabricação de dispositivos de armazenamento de energia de alto desempenho e totalmente integráveis ​​otimizados para uma ampla gama de aplicações, "Li disse.

p As vantagens das tintas à base de grafeno incluem sua área de superfície ultra-alta, propriedades leves, elasticidade, e condutividade elétrica superior. Os supercapacitores de aerogel composto de grafeno também são extremamente estáveis, os pesquisadores relataram, capaz de reter quase totalmente sua capacidade de energia após 10, 000 ciclos de carga e descarga consecutivos.

p "O grafeno é um material realmente incrível porque é essencialmente uma única camada atômica que pode ser criada a partir do grafite. Por causa de sua estrutura e arranjo cristalino, tem recursos realmente fenomenais, "disse o engenheiro de materiais do LLNL, Eric Duoss.

p No próximo ano, os pesquisadores pretendem expandir a tecnologia desenvolvendo novos projetos 3D, usando tintas diferentes, e melhorando o desempenho dos materiais existentes.