Los investigadores han creado una tinta hecha de nano-hojas de grafeno y han demostrado que la tinta se puede usar para imprimir estructuras en 3D. Como la tinta basada en grafeno se puede producir en serie de manera económica y respetuosa con el medio ambiente, los nuevos métodos allanan el camino hacia el desarrollo de una amplia variedad de dispositivos de almacenamiento de energía imprimibles.
Los investigadores, liderados por Jingyu Sun y Zhongfan Liu en la Universidad de Soochow y el Instituto Grafeno de Beijing, y Ya-yun Li en la Universidad de Shenzhen, publicaron un artículo sobre su trabajo en un número reciente de ACS Nano .
«Nuestro trabajo se da cuenta de la síntesis verde y escalable de nanosheets de grafeno dopados con nitrógeno en una plantilla de sal por deposición química directa de vapor«, dijo Sun a Phys.org . «Esto nos permite explorar más las tintas derivadas de este modo en el campo del almacenamiento de energía imprimible«.
Como explican los científicos, un objetivo clave en la investigación del grafeno es la producción masiva de grafeno con alta calidad y bajo costo. Las aplicaciones de almacenamiento de energía generalmente requieren grafeno en forma de polvo, pero hasta ahora los métodos de producción han resultado en polvos con un gran número de defectos estructurales e impurezas químicas, así como en espesores de capas no uniformes. Esto ha dificultado la preparación de tintas de grafeno de alta calidad.
En el nuevo artículo, los investigadores han demostrado un nuevo método para preparar tintas de grafeno que supera estos desafíos. El método involucra el cultivo de nano-hojas de grafeno dopado con nitrógeno sobre cristales de NaCl usando deposición química directa de vapor, lo que hace que los fragmentos moleculares de nitrógeno y carbono se difundan en la superficie de los cristales de NaCl. Los investigadores eligieron NaCl debido a su abundancia natural y bajo costo, así como a su solubilidad en agua. Para eliminar el NaCl, los cristales recubiertos se sumergen en agua, lo que hace que el NaCl se disuelva y deje atrás las jaulas de grafeno puro dopado con nitrógeno. En el paso final, el tratamiento de las jaulas con ultrasonido transforma las jaulas en nanosheets 2-D, cada una de aproximadamente 5 a 7 capas de grafito de espesor.
Las nano-hojas de grafeno dopadas con nitrógeno resultantes tienen relativamente pocos defectos y un tamaño ideal (aproximadamente 5 micrómetros de longitud lateral) para la impresión, ya que escamas más grandes pueden bloquear la boquilla. Para demostrar la efectividad de las nanosheets, los investigadores imprimieron una amplia variedad de estructuras 3D usando tintas basadas en las hojas de grafeno. Entre sus demostraciones, los investigadores utilizaron la tinta como un aditivo conductor para un material de electrodo (nitruro de vanadio) y usaron la tinta compuesta para imprimir electrodos flexibles para supercapacitores con alta densidad de potencia y buena estabilidad cíclica.
En una segunda demostración, los investigadores crearon una tinta compuesta hecha de las hojas de grafeno junto con material aglutinante (polipropileno) para imprimir capas intermedias para baterías Li-S. En comparación con las baterías con separadores hechos solo del material convencional, aquellas hechas con el material compuesto exhibieron una conductividad mejorada, lo que lleva a una mejora general en el rendimiento de la batería.
«En el futuro, planeamos explotar la técnica de deposición química de vapor directa para la producción en masa de polvos de grafeno de alta calidad hacia aplicaciones de almacenamiento de energía imprimibles emergentes«, dijo Sun.
Via: https://phys.org/news/2019-06-graphene-based-ink-printable-energy-storage.html
