Des chercheurs ont créé une encre composée de nanofeuillets de graphène, et a démontré que l'encre peut être utilisée pour imprimer des structures 3D. Comme l'encre à base de graphène peut être produite en série de manière peu coûteuse et respectueuse de l'environnement, les nouvelles méthodes ouvrent la voie au développement d'une grande variété de dispositifs de stockage d'énergie imprimables.

Les chercheurs, dirigé par Jingyu Sun et Zhongfan Liu à l'Université de Soochow et au Beijing Graphene Institute, et Ya-yun Li à l'Université de Shenzhen, ont publié un article sur leur travail dans un récent numéro de ACS Nano .

"Notre travail réalise la synthèse évolutive et verte de nanofeuillets de graphène dopé à l'azote sur un gabarit de sel par dépôt chimique direct en phase vapeur, " Le soleil a dit Phys.org . "Cela nous permet d'explorer davantage les encres ainsi dérivées dans le domaine du stockage d'énergie imprimable."

Comme l'expliquent les scientifiques, un objectif clé de la recherche sur le graphène est la production en série de graphène de haute qualité et à faible coût. Les applications de stockage d'énergie nécessitent généralement du graphène sous forme de poudre, mais jusqu'à présent les méthodes de production ont abouti à des poudres avec un grand nombre de défauts structurels et d'impuretés chimiques, ainsi qu'une épaisseur de couche non uniforme. Cela a rendu difficile la préparation d'encres au graphène de haute qualité.

Dans le nouveau journal, les chercheurs ont démontré une nouvelle méthode de préparation d'encres au graphène qui surmonte ces défis. La méthode consiste à faire croître des nanofeuillets de graphène dopé à l'azote sur des cristaux de NaCl en utilisant un dépôt chimique en phase vapeur direct, ce qui provoque la diffusion de fragments moléculaires d'azote et de carbone à la surface des cristaux de NaCl. Les chercheurs ont choisi le NaCl en raison de son abondance naturelle et de son faible coût, ainsi que sa solubilité dans l'eau. Pour éliminer le NaCl, les cristaux enrobés sont immergés dans l'eau, ce qui provoque la dissolution du NaCl et laisse derrière lui des cages de graphène dopé à l'azote pur. Dans la dernière étape, le traitement des cages aux ultrasons transforme les cages en nanofeuillets 2D, chacun environ 5-7 couches de graphite d'épaisseur.

Les nanofeuillets de graphène dopé à l'azote qui en résultent présentent relativement peu de défauts et une taille idéale (environ 5 micromètres de côté) pour l'impression, car des flocons plus gros peuvent bloquer la buse. Pour démontrer l'efficacité des nanofeuillets, les chercheurs ont imprimé une grande variété de structures 3D à l'aide d'encres basées sur les feuilles de graphène. Parmi leurs manifestations, les chercheurs ont utilisé l'encre comme additif conducteur pour un matériau d'électrode (nitrure de vanadium) et ont utilisé l'encre composite pour imprimer des électrodes flexibles pour supercondensateurs avec une densité de puissance élevée et une bonne stabilité cyclique.

Dans une seconde démonstration, les chercheurs ont créé une encre composite composée de feuilles de graphène et d'un liant (polypropylène) pour l'impression d'intercalaires pour les batteries Li-S. Par rapport aux batteries avec des séparateurs constitués uniquement de matériaux conventionnels, ceux fabriqués avec le matériau composite présentaient une conductivité améliorée, conduisant à une amélioration globale des performances de la batterie.

"À l'avenir, nous prévoyons d'exploiter la technique de dépôt chimique direct en phase vapeur pour la production en série de poudres de graphène de haute qualité vers des applications émergentes de stockage d'énergie imprimable, " dit Soleil.

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