【摘要】：石墨烯優(yōu)異的力學(xué)和物理性能使其成為理想的儲(chǔ)能材料。因結(jié)構(gòu)精確可控,易實(shí)現(xiàn)規(guī)�；苽�,3D打印石墨烯材料有望在儲(chǔ)能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文全面綜述了3D打印石墨烯制備技術(shù)及其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展。石墨烯墨水的黏度和可打印性是實(shí)現(xiàn)石墨烯3D打印的制約因素。實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單、濃度可控、無黏結(jié)劑石墨烯墨水的規(guī)模化打印將成為3D打印石墨烯制備技術(shù)未來的研究熱點(diǎn)。石墨烯超級(jí)電容器、鋰硫電池、鋰離子電池等儲(chǔ)能元件一體化打印成型是3D打印石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展方向。
【圖文】：

材料工程２０１７年１２月圖１３Ｄ打印與冷凍鑄造法制備三維石墨烯示意圖［４２］（ａ）３Ｄ打印裝置；（ｂ）３Ｄ打印冰支撐；（ｃ）３Ｄ打印氧化石墨烯；（ｄ）３Ｄ打印石墨烯冰結(jié)構(gòu)液氮處理；（ｅ）冷凍干燥；（ｆ）熱還原成超輕３Ｄ氣凝膠Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｓｏｆｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｇｒａｐｈｅｎｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇａｎｄｆｒｅｅｚｅｃａｓｔｉｎｇ［４２］（ａ）３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｓｅｔｕｐ；（ｂ）３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｏｆｉｃｅｓｕｐｐｏｒｔ；（ｃ）３ＤｐｒｉｎｔｉｎｇｏｆＧＯｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；（ｄ）ｉｍｍｅｒｓｉｎｇｐｒｉｎｔｅｄｉｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｏｌｉｑｕｉｄｎｉｔｒｏｇｅｎ；（ｅ）ｆｒｅｅｚｅｄｒｙｉｎｇ；（ｆ）ｔｈｅｒｍａｌｌｙｒｅｄｕｃｅｄｔｏ３Ｄｕｌｔｒａｌｉｇｈｔｇｒａｐｈｅｎｅａｅｒｏｇｅｌｓ時(shí)，其電阻降低了４８％。隨后，當(dāng)溫度繼續(xù)升高到４００℃時(shí)，其電阻沒有明顯變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，３Ｄ打印石墨烯電阻率和電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律為典型半導(dǎo)體行為。同時(shí)，３Ｄ打印三維石墨烯的電導(dǎo)率隨三維石墨烯密度的增加而增加。當(dāng)三維石墨烯密度從０．５ｍｇ·ｃｍ－３增加到１０ｍｇ·ｃｍ－３，其電導(dǎo)率從２．２Ｓ·ｍ－１增加到１５．４Ｓ·ｍ－１。內(nèi)面壓縮測(cè)試和動(dòng)態(tài)形變場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，３Ｄ打印石墨烯具有高度可壓縮性。６．２１ｍｇ三維石墨烯可承重１００ｇ而不發(fā)生畸變，其載重比高達(dá)１６１００。三維

第４５卷第１２期３Ｄ打印石墨烯制備技術(shù)及其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展圖２添加與未添加二氧化硅時(shí)氧化石墨烯墨水的流變性能［２９］（ａ）剪切速率與表觀黏度的關(guān)系；（ｂ）剪切應(yīng)力與儲(chǔ)能模量和損耗模量的關(guān)系Ｆｉｇ．２ＲｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＧＯｉｎｋｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｓｉｌｉｃａｆｉｌｌｅｒｓ［２９］（ａ）ａｐｐａｒｅｎｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｈｅａｒｒａｔｅ；（ｂ）ｓｔｏｒａｇｅｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｌｏｓｓｍｏｄｕｌｕｓａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓ圖３高濃度氧化石墨烯３Ｄ打印示意圖［４３］Ｆｉｇ．３ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｓｏｆｈｉｇｈｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎＧＯ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇ［４３］３Ｄ打印所得到的三維石墨烯具有優(yōu)異的應(yīng)變記憶效果，，超強(qiáng)可壓縮性，壓縮變形量可達(dá)９０％。２０１６年，Ｚｈｕ等［４３］在原有高濃度氧化石墨烯墨水中摻入不同比例的石墨烯納米片，進(jìn)一步提高三維石墨烯電導(dǎo)率。另外，該三維石墨烯作為電極材料被進(jìn)一步應(yīng)用在超級(jí)電容器中。目前，４０ｍｇ·ｍＬ－１氧化石墨烯墨水已具備良好可打印性［２９］。研究表明，提高氧化石墨烯墨水濃度會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)墨水可打印性。Ｆｕ等［４４］采用高濃度氧化石墨烯（８５ｍｇ·ｍＬ－１），成功打印出鋰離子正極材料磷酸鐵鋰（ＬｉＦｅＰＯ４，ＬＦＰ）／還原氧化石墨烯、負(fù)極材料鈦酸鋰（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２，ＬＴＯ）／還原氧化石墨烯、固態(tài)電解質(zhì)及隔膜材料，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池主要部件整體

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本文編號(hào)：2560135