L’impression tridimensionnelle (3D), également connue sous le nom de fabrication additive, est devenue une technologie puissante pour fabriquer des structures complexes avec une haute précision. Cependant, le développement d’encres adaptées à l’impression 3D de matériaux bidimensionnels (2D), tels que le graphène et les dichalcogénures de métaux de transition (TMD), s’est avéré un défi. Ces matériaux sont souvent sujets à l’agglomération et à une mauvaise dispersion dans les solvants, ce qui rend difficile l’obtention d’encres uniformes et stables.

Pour relever ces défis, les chercheurs ont exploré diverses stratégies pour concevoir des encres à base de matériaux 2D imprimables en 3D. Une approche courante consiste à fonctionnaliser les matériaux 2D avec des ligands ou des polymères appropriés pour améliorer leur dispersion et leur stabilité dans les solvants. Par exemple, l'oxyde de graphène (GO) peut être fonctionnalisé avec des groupes contenant de l'oxygène pour former des dispersions GO pouvant être directement utilisées pour l'impression 3D. De même, les TMD peuvent être fonctionnalisés avec des ligands organiques pour améliorer leur compatibilité avec les solvants et empêcher l’agglomération.

Une autre stratégie pour développer des encres à base de matériaux 2D imprimables en 3D consiste à utiliser des matériaux composites. Dans cette approche, les matériaux 2D sont combinés avec d'autres matériaux, tels que des polymères, des métaux ou des céramiques, pour créer des encres composites offrant une imprimabilité et des performances améliorées. Par exemple, les composites graphène-polymère ont montré des résultats prometteurs pour l’impression 3D de structures conductrices et multifonctionnelles.

En termes d’applications de stockage d’énergie, les encres à base de matériaux 2D imprimables en 3D offrent plusieurs avantages. Premièrement, ces encres peuvent être utilisées pour fabriquer des électrodes à grande surface avec des architectures sur mesure, susceptibles d’améliorer les performances électrochimiques des dispositifs de stockage d’énergie. Deuxièmement, la capacité de contrôler avec précision la composition et le dépôt de l’encre permet d’optimiser les propriétés des électrodes, telles que la porosité, la conductivité et la résistance mécanique. Troisièmement, l’impression 3D permet la fabrication de structures d’électrodes complexes, telles que des électrodes interdigitées ou des architectures hiérarchiques, qui peuvent encore améliorer les performances de stockage d’énergie.

Dans l’ensemble, les encres à base de matériaux 2D imprimables en 3D offrent un grand potentiel pour faire progresser le développement de dispositifs de stockage d’énergie hautes performances. Ces encres permettent la fabrication de structures d'électrodes complexes dotées de propriétés adaptées, qui peuvent améliorer considérablement la capacité de stockage d'énergie, la densité de puissance et la stabilité du cycle des batteries, des supercondensateurs et d'autres dispositifs électrochimiques.