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创新点：扬州大学庞欢教授和南京信息工程大学张一洲教授课题组利用3D打印技术和材料特性构建层状结构，通过控制Co3O4量子点的数量来优化层状电极的孔隙结构和氧化活性位点，有效地补偿表面或近表面机制对固态电化学性能的影响。

关键词：Advanced Science，3D打印微超级电容器，液晶复合材料， 有序层状结构

微型超级电容器 (MSCs)是一种极具发展前景的平面电化学储能器件，因其优异的电化学性能而受到广泛关注。然而，由于表面或近表面机制导致的低工作电压和低容量严重阻碍了它们在电化学领域的快速发展。研究表明，通过3D打印碳基材料骨架和电沉积在打印电极表面生长金属氧化物可以有效改善材料的赝电容特性。然而，这个过程是复杂的，并且受溶剂的限制。因此，必须确定合适的3D打印材料来插入和构建合适的电极结构。MSCs通常以对称和非对称两种形态出现。由于水分裂，对称MSCs具有有限的器件电压。为了避免这些限制并提高能量存储性能，构建具有3D结构的非对称MSCs是一种很有前途的方法。

扬州大学庞欢团队和南京信息工程大学张一洲团队利用具有液晶特性的墨水在电极内部构建了层状结构，并通过控制Co3O4量子点的数量来优化层状电极的孔隙结构和氧化活性位点。Co3O4量子点分布在电极表面的孔隙中，Co3O4量子点的插入可以有效地弥补表面或近表面机制的局限性，从而有效地改善了3D打印MSCs的赝电容特性。3D打印的MSC具有较高的面积电容和能量密度。相关结果发表在Advanced Science上。

近表面或表面机制对电化学性能的影响(较低的比电容密度)阻碍了3D打印微型超级电容器(MSCs)的发展。合理的印刷电极内部结构特性和合适的嵌入材料可以有效地补偿表面或近表面机制的影响。利用Co3O4 QD、氧化石墨烯、CNTs和V2O5 NWs通过挤压3D打印制备了纳米复合墨水，用作MSCs电极。成功地在电极的内层中构造了一种具有液晶特性的墨水。碳纳米管和氧化石墨烯作为导电剂和粘结剂可以有效提高MSCs电极的导电性，进一步提高其电化学性能。具有液晶性质的V2O5 NWs活性材料有利于可控层状结构的形成。具有赝电容特性的0D Co3O4 QD的加入，可以在不改变可打印流变特性的情况下，将其插入互连的多孔结构中，有效降低表面或近表面对电化学性能的影响，有利于进一步提高电极的电化学性能。研究了Co3O4 QD对混合油墨的液晶性能、电极结构、流变力学和电化学性能的影响。通过改变Co3O4 QD的插入量来调整层状电极的孔隙结构，表面孔隙和氧化活性位点协同优化电极结构，进一步提高电化学性能。此外，与其他0D非金属氧化物碳电极的性能相比，Co3O4 QD插入电极的层状结构表现出优越的电化学活性。这可归因于添加了Co3O4 QD赝电容材料，提高了电容。此外，通过控制层状结构中Co3O4 QD的插入量和调节层状结构的密度，由于电荷的增加和电极间离子传输的增加，MSCs的电导率得到了提高。此外，量子点的嵌入可以调节电极表面的孔隙结构，从而减少表面和近表面机制对MSCs电容和能量密度的不利影响，有效提高其电化学性能。结果证实了材料性能、电极结构构造和材料嵌入对EESE发展的重要意义。本研究为下一代高性能3D打印能源材料的开发、器件结构的构建、性能的调整和提升提供了新的研究方向和指导。

WILEY

论文信息：

Co3O4 Quantum Dots Intercalation Liquid-Crystal Ordered-Layered-Structure Optimizing the Performance of 3D-Printing Micro-Supercapacitors

Huijie Zhou, Yangyang Sun, Hui Yang, Yijian Tang, Yiyao Lu, Zhen Zhou, Shuai Cao, Songtao Zhang, Songqing Chen, Yizhou Zhang, Huan Pang*

Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202303636

Advanced

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期刊简介

Advanced Science 是Wiley旗下创刊于2014年的优质开源期刊，发表材料科学、物理化学、生物医药、工程等各领域的创新成果与前沿进展。期刊为致力于最大程度地向公众传播科研成果，所有文章均可免费获取。被Medline收录，PubMed可查。最新影响因子为17.521，中科院2021年SCI期刊分区材料科学大类Q1区、工程技术大类Q1区。

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