Tintes avanzados de MXene/óxido de grafeno/lignosulfonato para la impresión 3D de electrodos gruesos con poros alineados verticalmente para aumentar dualmente la carga de masa y la capacitancia areal

Resumen La impresión 3D por escritura con tinta directa, utilizando la extrusión de tinta, promete transformar electrodos delgados convencionales en arquitecturas gruesas 3D para supercapacitadores de alto rendimiento. Sin embargo, la formulación de tintas para impresión 3D y el diseño de arquitecturas 3D para electrodos siguen siendo desafíos. En este trabajo, se desarrolla una tinta novedosa de MXene/óxido de grafeno/lignosulfonato (MGL) con excelentes propiedades reológicas para la impresión 3D de electrodos gruesos MGL con arquitecturas alineadas verticalmente. La tinta MGL exhibió excelentes propiedades de adelgazamiento por corte para una impresión 3D fluida y retención de forma después de la impresión. El electrodo grueso MGL impreso en 3D, con un grosor de hasta 4 mm, alcanzó una carga de masa revolucionaria de 72.1 mg cm − 2 , resultando en una capacitancia areal extremadamente alta de 8.6 F cm − 2 que es 9.6 veces mayor que el valor observado para el electrodo MGL a granel (0.9 F cm − 2 ). Además, los supercapacitadores que utilizan el electrodo MGL 3D lograron una densidad de energía de 505.3 µWh cm − 2 , superando significativamente el valor para el electrodo MGL a granel (52.8 µWh cm − 2 ). Esta mejora se atribuye al diseño eficiente de los electrodos, donde los poros alineados verticalmente en el electrodo MGL 3D mejoraron el transporte de iones y la cinética de reacción. Este estudio demuestra un enfoque innovador para la formulación de tintas y proporciona orientación para el diseño de electrodos gruesos 3D con transporte rápido de iones y excelente rendimiento electroquímico.