JoVE Logo
Auteurs
Contactez-nous

S'identifier

Un abonnement à JoVE est nécessaire pour voir ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre essai gratuit.

Dans cet article

  • Résumé
  • Résumé
  • Introduction
  • Protocole
  • Résultats
  • Discussion
  • Déclarations de divulgation
  • Remerciements
  • matériels
  • Références
  • Réimpressions et Autorisations

Résumé

Ce document fournit une technique de fabrication de supercondensateurs à base de puces à l’aide d’une imprimante à jet d’encre. Les méthodologies sont décrites en détail pour synthétiser les encres, ajuster les paramètres logiciels et analyser les résultats électrochimiques du supercondensateur fabriqué.

Résumé

Il y a des efforts énormes dans divers domaines pour appliquer la méthode d’impression à jet d’encre pour la fabrication de dispositifs portables, d’écrans et de dispositifs de stockage d’énergie. Pour obtenir des produits de haute qualité, cependant, des compétences opérationnelles sophistiquées sont nécessaires en fonction des propriétés physiques des matériaux d’encre. À cet égard, l’optimisation des paramètres d’impression à jet d’encre est aussi importante que le développement des propriétés physiques des matériaux d’encre. Dans cette étude, l’optimisation des paramètres du logiciel d’impression à jet d’encre est présentée pour la fabrication d’un supercondensateur. Les supercondensateurs sont des systèmes de stockage d’énergie attrayants en raison de leur densité de puissance élevée, de leur longue durée de vie et de leurs diverses applications en tant que sources d’alimentation. Les supercondensateurs peuvent être utilisés dans l’Internet des objets (IoT), les smartphones, les appareils portables, les véhicules électriques (VE), les grands systèmes de stockage d’énergie, etc. Le large éventail d’applications exige une nouvelle méthode capable de fabriquer des appareils à différentes échelles. La méthode d’impression à jet d’encre peut briser la méthode de fabrication conventionnelle à taille fixe.

Introduction

Au cours des dernières décennies, de multiples méthodes d’impression ont été développées pour diverses applications, notamment des dispositifs portables1, des produits pharmaceutiques2 et des composants aérospatiaux3. L’impression peut être facilement adaptée à divers appareils en changeant simplement les matériaux à utiliser. De plus, il empêche le gaspillage de matières premières. Pour fabriquer des appareils électroniques, plusieurs méthodes d’impression telles que la sérigraphie4, le push-coating5 et la lithographie6 ont été développées. Par rapport à ces technologies d’impression, la méthode d’impression à jet d’encre présente de multiples avantages, notamment la réduction du gaspillage de matériaux, la compatibilité avec plusieurs substrats7, le faible coût8, la flexibilité9, le traitement à basse température10 et la facilité de production de masse11. Cependant, l’application de la méthode d’impression à jet d’encre n’a guère été suggérée pour certains appareils sophistiqués. Ici, nous présentons un protocole établissant des directives détaillées pour utiliser la méthode d’impression à jet d’encre pour l’impression d’un dispositif de supercondensateur.

Les supercondensateurs, y compris les pseudocondensateurs et les condensateurs électrochimiques à double couche (EDLC), émergent comme des dispositifs de stockage d’énergie pouvant compléter les batteries lithium-ion conventionnelles12,13. En particulier, EDLC est un dispositif de stockage d’énergie prometteur en raison de son faible coût, de sa densité de puissance élevée et de sa longue durée de vie14. Le charbon actif (CA), ayant une surface et une conductivité spécifiques élevées, est utilisé comme matériau d’électrode dans les EDLC commerciaux15. Ces propriétés du courant alternatif permettent aux EDLC d’avoir une capacité électrochimique élevée16. Les EDLC ont le volume passif dans les dispositifs lorsque la méthode de fabrication conventionnelle à taille fixe est utilisée. Avec l’impression à jet d’encre, les EDLC peuvent être entièrement intégrés dans la conception du produit. Par conséquent, le dispositif fabriqué à l’aide de la méthode d’impression à jet d’encre est fonctionnellement meilleur que celui fabriqué par les méthodologies de taille fixe existantes17. La fabrication d’EDLC à l’aide de la méthode d’impression à jet d’encre efficace maximise la stabilité et la longévité des EDLC et fournit un facteur de forme libre18. Les motifs d’impression ont été conçus à l’aide d’un programme de CAO PCB et convertis en fichiers Gerber. Les motifs conçus ont été imprimés à l’aide d’une imprimante à jet d’encre car elle offre un contrôle logiciel précis, un débit de matériau élevé et une stabilité d’impression.

Protocole

1. Conception de motifs à l’aide d’un programme de CAO PCB

  1. Exécutez le programme cao. Cliquez sur le bouton Fichier en haut de la fenêtre du programme. Pour former un nouveau fichier de projet, cliquez sur les boutons Nouveau et Projet .
  2. Pour générer le fichier du tableau, cliquez sur les boutons Fichier, Nouveau et Tableau dans l’ordre. Définissez la taille de la grille, plusieurs et valeurs alt en cliquant sur le bouton Grille en forme de maillage en haut à gauche de la fenêtre Fichier de carte créée (ou en cliquant sur Affichage et Grille dans l’ordre en haut de la fenêtre).
  3. Modifiez la taille de la grille et la valeur alt de mm à pouce afin que l’imprimante à jet d’encre puisse lire le modèle CAO du PCB. Appuyez sur Finest pour effectuer des ajustements fins.
  4. Concevez le motif du collecteur de courant et de la ligne EDLC sous une forme interdigitée. Concevez le motif d’électrolyte polymère en gel (GPE) et les tampons collecteurs de courant sous une forme rectangulaire (Figure 1).
    REMARQUE: Largeur du motif: 43 mm, hauteur du motif: 55 mm, longueur de ligne: 40 mm, largeur de ligne: 1,0 mm, espace ligne à ligne: 1,5 mm et taille du tampon: 15 x 5 mm2.
    1. Étant donné que le motif final se compose de trois types (ligne conductrice, EDLC et GPE), définissez les trois couches comme suit.
      1. Cliquez sur Paramètres d’affichage et de calque dans l’ordre en haut de la fenêtre. Créez de nouveaux calques en cliquant sur le bouton Nouveau calque en bas à gauche de la fenêtre Calques visibles .
      2. Dans la nouvelle fenêtre (Nouveau calque), définissez le nom et la couleur du nouveau calque. Pour distinguer visuellement les calques, définissez les noms des trois calques sur Collecteur actuel, EDLC et GPE, puis modifiez les couleurs correspondantes en cliquant sur la case à droite de Couleur.
    2. Appuyez sur Ligne en bas à gauche de l’écran, cliquez sur le champ principal (fond noir) et faites glisser pour tracer une ligne. Pour modifier l’épaisseur de la ligne, entrez la valeur Largeur située en haut au centre à l’échelle du pouce (1,0 mm = 0,0393701 pouce).
    3. Pour modifier la longueur d’une ligne, cliquez avec le bouton droit de la souris sur la ligne et cliquez sur Propriétés en bas. Dans les champs De et À , entrez les valeurs x et y des points de départ et de fin.
    4. Pour définir le point de référence du motif, définissez le coin supérieur gauche du motif illustré à la figure 1 sur (0,0). Dessinez le reste du modèle en fonction des informations ci-dessus.
    5. Pour définir le motif dessiné sur le calque souhaité, cliquez avec le bouton droit sur le motif et cliquez sur Propriétés. Ensuite, cliquez sur Calque et choisissez le calque souhaité.
    6. Pour dessiner des motifs rectangulaires du pavé collecteur actuel et du GPE, appuyez sur Rect en bas à gauche de la fenêtre principale. Cliquez et faites glisser sur l’écran (champ principal) où le motif précédemment dessiné existe.
    7. Pour modifier, cliquez avec le bouton droit sur la surface rectangulaire et cliquez sur Propriétés en bas. Entrez la valeur en haut à gauche (x,y) et la valeur en bas à droite (x,y) du rectangle dans les champs De et À , respectivement. Définissez le rectangle sur le calque souhaité comme indiqué à l’étape 1.4.5.
  5. Convertissez le fichier CAO du motif conçu dans le format de fichier Gerber lu par l’imprimante à jet d’encre.
    1. Avant de convertir le fichier de modèle conçu, enregistrez le fichier Board au format .brd. Pour enregistrer, cliquez sur Fichier, puis sur Enregistrer (ou appuyez sur Ctrl + S sur le clavier).
    2. Après l’enregistrement, cliquez sur Fichier en haut de la fenêtre et cliquez sur Processeur CAM. Pour créer un fichier Gerber du calque souhaité, modifiez les éléments sous Gerber des fichiers de sortie sur le côté gauche de la fenêtre, comme suit.
    3. Tout d’abord, supprimez les sous-listes telles que Top Copper et Bottom Copper en appuyant sur le '-' ci-dessous. Appuyez sur '+' et cliquez sur Nouvelle sortie Gerber pour créer une sortie Gerber.
    4. Sur le côté droit de l’écran, définissez le nom du calque dans Nom et fonction sur Cuivre en appuyant sur l’engrenage à droite. Définissez Type de calque sur Top et définissez Gerber Layer Number du collecteur de courant, EDLC et GPE sur L1, L2, L3, respectivement.
    5. Dans la fenêtre Calques en bas du fichier Gerber, cliquez sur Modifier les calques en bas à gauche et sélectionnez chaque calque souhaité.
    6. Pour définir le nom du fichier de sortie à créer, définissez le nom de fichier Gerber de Sortie en bas de la fenêtre sur %PREFIX/%NAME.gbr.
    7. Enfin, cliquez sur Enregistrer le travail en haut à gauche de la fenêtre pour enregistrer les paramètres. Cliquez sur Process Job en bas à droite pour créer un fichier Gerber.

2. Synthèse de l’encre

REMARQUE: L’encre Ag flexible est utilisée comme encre conductrice pour la ligne de collecteur et les tampons actuels.

  1. Préparez l’encre EDLC en utilisant du terpinéol, de l’éthylcellulose, du charbon actif (AC), du Super-P, du difluorure de polyvinylidène (PVDF) et du Triton-X comme suit.
    1. Utiliser 2 951 μL de terpinéol à haute viscosité comme solvant et 1,56 g d’éthylcellulose comme épaississant. Réglez le rapport ac/super-P à PVDF sur 7:2:1 avec un poids total de 1,8478 g. De plus, utilisez 49 μL de Triton-X comme tensioactif pour le mélange.
    2. Mélanger tous les matériaux pendant 30 min à l’aide d’un mélangeur planétaire. Placez le matériau d’électrode bien mélangé dans une cartouche pour l’imprimante à jet d’encre et centrifugez-le à 115 x g pendant 5 min.
  2. Préparez l’encre GPE en utilisant du carbonate de propylène (PC), du PVDF et du perchlorate de lithium (LiClO4) comme suit.
    1. Utilisez le PC comme solvant, le PVDF comme matrice polymère et le LiClO4 comme sel. Peser tous les composants du GPE de telle sorte que la concentration molaire finale de LiClO4 soit de 1 M et que le pourcentage en poids final de PVDF soit de 5 % en poids.
    2. Remuer tous les composants à 140 °C pendant 1 h jusqu’à dissolution. Après avoir remué, refroidissez suffisamment l’encre GPE et placez-la dans la cartouche d’encre.

3. Configuration des paramètres du logiciel de l’imprimante à jet d’encre

  1. Exécutez le programme d’impression. Cliquez sur le bouton Imprimer , sélectionnez Simple, puis sélectionnez Encre conductrice flexible dans l’ordre indiqué à la figure 2.
  2. Téléchargez le fichier Gerber du motif conçu en suivant la flèche 1 de la figure 3. Choisissez et ouvrez le fichier Gerber de la ligne conductrice (voir 2 et 3 flèches de la figure 3). Cliquez sur le bouton SUIVANT comme indiqué par la flèche 4.
  3. Fixez la carte PCB comme illustré à la Figure 4A et montez la sonde comme illustré à la Figure 4B.
  4. Réglez le point zéro de l’imprimante PCB à travers la sonde en cliquant sur le bouton OUTLINE (voir la flèche rouge 1,4 de la figure 5).
    REMARQUE: La sonde se déplace sur la carte PCB tout en montrant le contour du motif (voir en bas à droite de la figure 5).
  5. Déplacez l’image du motif à l’écran en la faisant glisser (voir la flèche pointillée jaune de la figure 5). Cliquez à nouveau sur le bouton OUTLINE pour vérifier si la sonde se déplace sur le chemin souhaité. Cliquez sur SUIVANT (indiqué par la flèche 5 de la figure 5).
  6. Cliquez sur PROBE pour mesurer la hauteur du substrat afin de vérifier si le substrat est plat (Figure 6).
    REMARQUE: La région de sondage sur le substrat est automatiquement sélectionnée par le programme intégré à l’imprimante.
  7. Retirez la sonde une fois la mesure de la hauteur terminée. Insérez la cartouche d’encre dans le distributeur d’encre et connectez la buse (diamètre intérieur: 230 μm) pour préparer le distributeur.
  8. Montez chaque distributeur d’encre (ligne conductrice, EDLC, GPE) et imprimez un modèle d’échantillon en appuyant sur le bouton CALIBRER , tout en ajustant les paramètres de chaque encre (Figure 7).
  9. Vérifiez visuellement le résultat d’impression et enregistrez les valeurs des paramètres pour chaque encre. Voir Résultats représentatifs pour plus de détails.

4. Impression de la ligne conductrice

REMARQUE : Depuis les étapes 4.1. à 4.7. chevauchent la section 3, ils ne sont que brièvement résumés ci-dessous.

  1. Exécutez le programme d’imprimante à jet d’encre et cliquez sur Imprimer dans le menu Démarrer et sélectionnez Simple (Figure 1).
  2. Cliquez sur le bouton Choisir un fichier à côté de Ink pour charger le fichier de motif conçu et cliquez sur SUIVANT (Figure 3).
  3. Fixez la carte PCB sur l’imprimante et installez la sonde (Figure 4).
  4. Vérifiez la position du motif sur le substrat et mesurez la hauteur du substrat (Figure 5 et Figure 6).
  5. Retirez la sonde, puis montez le distributeur d’encre conductrice (encre Ag flexible).
  6. Modifiez les paramètres logiciels de l’encre conductrice en cliquant sur le bouton Paramètres (voir Figure 7 et Tableau 1).
  7. Imprimez un exemple de modèle pour vérifier si le paramètre de l’étape 4.6 réussit.
  8. Effacez le motif d’impression de l’échantillon avec une lingette nettoyante humidifiée à l’éthanol.
  9. Imprimez le motif conçu de la ligne conductrice en appuyant sur le bouton START .
  10. Après l’impression, durcir la ligne conductrice à 180 °C pendant 30 min. Ensuite, mesurez le poids combiné du substrat et de la ligne conductrice.

5. Impression de la ligne EDLC

  1. Sélectionnez l’option Aligné sur l’écran de démarrage du programme d’impression. Chargez le fichier de motif de ligne EDLC et cliquez sur SUIVANT (voir étape 3.2).
  2. Assurez-vous que la position de la ligne conductrice est détectée à travers deux points d’alignement pour aligner les positions de motif de la ligne EDLC et de la ligne conductrice. Ensuite, déplacez-vous vers un point aléatoire et vérifiez si l’emplacement est correct.
  3. Mesurez la hauteur totale de la ligne conductrice pour vérifier la hauteur de la buse du distributeur au-dessus de la ligne conductrice en cliquant sur le bouton PROBE (voir Figure 6).
  4. Modifiez les valeurs des paramètres logiciels des encres EDLC (Figure 7 et Tableau 1).
  5. Imprimez un exemple de modèle pour vérifier si les valeurs des paramètres logiciels sont appropriées. Effacez le motif d’impression de l’échantillon avec une lingette nettoyante humidifiée à l’éthanol. Imprimez la ligne EDLC en appuyant sur le bouton START .
  6. Séchez la ligne EDLC imprimée pendant la nuit à température ambiante pour évaporer le solvant.
  7. Pour calculer le poids de la ligne EDLC séchée, mesurez le poids combiné du substrat, de la ligne conductrice et de la ligne EDLC.

6. Impression du modèle GPE

  1. Sélectionnez l’option Aligné sur l’écran de démarrage du programme d’impression. Chargez le fichier Gerber du modèle GPE et cliquez sur SUIVANT (voir étape 3.2).
  2. Vérifiez les points d’alignement et déplacez-vous vers n’importe quel point pour vérifier si la position est correcte.
  3. Mesurez la hauteur de la ligne EDLC pour définir la hauteur par défaut de la buse.
  4. Modifiez les valeurs des paramètres logiciels des encres GPE (Figure 7 et Tableau 1).
  5. Imprimez un exemple de modèle pour vérifier si les valeurs des paramètres logiciels sont appropriées.
  6. Effacez le motif d’impression de l’échantillon avec une lingette nettoyante humidifiée à l’éthanol. Imprimez le modèle GPE.
  7. Pour avoir un processus de stabilisation et évaporer le solvant résiduel, sécher le motif GPE à température ambiante pendant 24 h.

7. Essai électrochimique

  1. Effectuez les mesures électrochimiques pour le supercondensateur à jet d’encre en suivant les étapes ci-dessous. Allumez le potentiostat et exécutez le programme pour mesurer la voltampérométrie cyclique (CV), la charge/décharge galvanostatique (GCD) et la spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS).
    1. Connectez le potentiostat au dispositif de supercondensateur imprimé précédemment.
      REMARQUE: Quatre lignes de connexion sont utilisées dans le potentiostat: l’électrode de travail (WE), le capteur de travail (WS), la contre-électrode (CE) et l’électrode de référence (RE).
    2. Connectez la ligne WS à la ligne WE et la ligne RE à la ligne CE car le dispositif fabriqué est un supercondensateur symétrique.
    3. Connectez la ligne WE\WS et la ligne CE\RE aux tampons collecteurs de courant opposés sur le dispositif de supercondensateur.
  2. Générez une séquence de CV et exécutez-la pour obtenir le résultat.
    1. Exécutez le programme pour générer le fichier de séquence.
    2. Cliquez sur le bouton Nouvelle séquence .
    3. Cliquez sur le bouton Ajouter pour générer l’étape 1.
    4. Vérifiez si le potentiel affiché par le potentiostat est de 0 V ou non. Si le potentiel n’est pas de 0 V, procédez comme suit.
      1. Définissez Contrôle sur CONSTANT et pour Configuration, définissez Type sur PSTAT, Mode sur NORMAL et Plage sur AUTO. Pour Tension (V), définissez Réf. comme Eref, et Valeur comme 0.
      2. Pour Condition-1 de Condition de coupure, définissez Item comme Step Time, OP sur >=, DeltaValue sur 1:00 et Go Next sur Next. Pour le paramètre Divers , appuyez sur le bouton Échantillonnage et définissez Item sur Time(s), OP sur >= et DeltaValue sur 30.
    5. Cliquez sur le bouton Ajouter pour créer l’étape suivante.
      1. Définissez Control sur SWEEP et pour Configuration, définissez Type sur PSTAT, Mode sur CYCLIC et Range sur AUTO. Pour Initial (V) et Middle (V), définissez Ref. comme Eref, Value sur 0. Pour Final (V), définissez Réf. comme Eref et Value sur 800.00e-3.
      2. Utilisez des débits de balayage de tension de 5, 10, 20, 50 et 100 mV/s. Par conséquent, en fonction de chaque taux d’analyse, définissez Scanrate (V/s) sur 5.0000e-3, 10.000e-3, 20.000e-3, 50.000e-3 et 100.00e-3, respectivement.
      3. Pour toutes les vitesses d’analyse, définissez temps(s) de silence sur 0 et Segments sur 21. Pour Condition-1 de Condition de coupure, définissez Item comme Step End et Go Next ( Suivant).
      4. Pour le paramètre Divers, appuyez sur le bouton Échantillonnage et définissez Item sur Time(s) et OP sur >=. Pour chaque taux d’analyse, définissez DeltaValue sur 0,9375, 0,5, 0,25, 0,125 et 0,0625.
    6. Cliquez sur le bouton Enregistrer sous pour enregistrer le fichier de séquence du test CV.
    7. Cliquez sur Appliquer à CH et exécutez le fichier de séquence du test CV pour obtenir le résultat.
  3. Générez une séquence de GCD et exécutez-la pour obtenir le résultat.
    1. Exécutez le programme pour générer le fichier de séquence.
    2. Cliquez sur le bouton Nouvelle séquence .
    3. Cliquez sur le bouton Ajouter pour générer l’étape 1.
    4. Vérifiez si le potentiel affiché par le potentiostat est de 0 V ou non. Si le potentiel n’est pas de 0 V, procédez comme suit.
      1. Définissez Contrôle sur CONSTANT et pour Configuration, définissez Type sur PSTAT, Mode sur NORMAL et Plage sur AUTO. Pour Tension (V), définissez Réf. comme Eref, Valeur sur 0.
      2. Pour Condition-1 de Condition de coupure, définissez Item comme Step Time, OP sur >=, DeltaValue sur 1:00 et Go Next sur Next. Pour le paramètre Divers, appuyez sur le bouton Échantillonnage et définissez Item sur Time(s), OP sur >= et DeltaValue sur 30.
    5. Cliquez sur le bouton Ajouter pour créer l’étape suivante (étape de charge).
      1. Définissez Contrôle sur CONSTANT et pour Configuration, définissez Type sur GSTAT, Mode sur NORMAL et Plage sur AUTO. Pour Courant (A), définissez Réf. sur ZÉRO.
      2. La densité de courant varie entre 0,01 A/g et 0,02 A/g. Par conséquent, définissez la valeur du courant (A) pour chaque densité de courant sur 310,26e-6 et 620,52e-6.
      3. Pour condition 1 de condition de coupure , définissez Item sur Voltage, OP sur >=, DeltaValue sur 800.00e-3 et Go Next sur Next. Pour le paramètre Divers, définissez Item sur Time(s), OP sur >= et DeltaValue sur 1.
    6. Cliquez sur le bouton Ajouter pour créer l’étape suivante (étape de décharge).
      REMARQUE: Cette étape est définie de la même manière que l’étape de charge.
      1. Définissez la valeur du courant (A) pour chaque densité de courant sur -310.26e-6 et -620.52e-6.
      2. Pour condition 1 de la condition de coupure , définissez Item sur Voltage, OP sur <=, DeltaValue sur 0,0000e+0 et Sur Next (Suivant). Pour le paramètre Divers, définissez Item sur Time(s), OP sur >= et DeltaValue sur 1.
    7. Cliquez sur le bouton Ajouter pour créer l’étape suivante (étape boucle).
      1. Définissez Control sur LOOP et pour Configuration sur Type sur Cycle et Iteration sur 21.
      2. Pour la condition 1 de la condition de coupure, définissez l’élément de la liste 1 comme boucle suivante. Pour chaque densité de courant, définissez Go Next sur STEP-2 pour 0,01 A/g et STEP-5 sur 0,02 A/g.
    8. Cliquez sur le bouton Enregistrer sous pour enregistrer le fichier de séquence du test GCD.
    9. Cliquez sur Appliquer à CH et exécutez le fichier de séquence du test GCD pour obtenir le résultat.
  4. Générez une séquence d’EIS et exécutez-la pour obtenir le résultat.
    1. Exécutez le programme qui peut générer le fichier de séquence.
    2. Cliquez sur le bouton Nouvelle séquence .
    3. Cliquez sur le bouton Ajouter pour générer l’étape 1.
      1. Définissez Control sur CONSTANT et pour Configuration, définissez Type sur PSTAT, Mode sur TIMER STOP et Range sur AUTO.
      2. Comme la fenêtre de potentiel de fonctionnement dans cette étude est définie sur 0,0 à 0,8 V, pour Tension, définissez Valeur à 400,00e-3, qui est la valeur moyenne de la fenêtre de potentiel de fonctionnement. Définissez Réf. comme Eref.
    4. Cliquez sur le bouton Ajouter pour générer l’étape suivante.
      1. Définissez Control sur EIS et pour Configuration, définissez Type sur PSTAT, Mode sur LOG et Range sur AUTO.
      2. Réglez la gamme de fréquences sur 0,1 Hz à 1 MHz. Par conséquent, réglez Initial (Hz) et Middle (Hz) sur 100.00e+6, et Final (Hz) sur 100.00e-3.
      3. Comme mentionné à la section 7.4.3.2, définissez valeur du biais (V) sur 400.00e-3 et définissez La référence sur Eref.
      4. Pour maintenir une réponse linéaire, définissez l’amplitude (Vrms) sur 10.000e-3.
      5. Définissez Densité sur 10 et Itération sur 1 pour cette expérience.
    5. Cliquez sur le bouton Enregistrer sous pour enregistrer le fichier de séquence du test GCD.
    6. Cliquez sur Appliquer à CH et exécutez le fichier de séquence du test EIS pour obtenir le résultat.

Résultats

L’encre a été synthétisée selon l’étape 2, et les caractéristiques de l’encre ont pu être confirmées selon la référence18. La figure 8 montre les propriétés structurelles de l’encre conductrice et de l’encre EDLC, ainsi que les propriétés rhéologiques de l’encre EDLC rapportées dans la recherche précédente18. L’encre conductrice est bien frittée pour former des chemins conducteurs continus, et la rugosité à l?...

Discussion

Les étapes critiques de ce protocole sont impliquées dans la configuration des paramètres logiciels pour imprimer le modèle conçu en ajustant finement les valeurs des paramètres. L’impression personnalisée peut conduire à l’optimisation structurelle et à l’obtention de nouvelles propriétés mécaniques19. La méthode d’impression à jet d’encre avec contrôle logiciel des paramètres peut être utilisée pour une impression sophistiquée dans diverses industries en sélectionna...

Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont aucune divulgation.

Remerciements

Ce travail a été soutenu par la Korea Electric Power Corporation (numéro de subvention: R21XO01-24), le programme de développement des compétences pour les spécialistes de l’industrie du MOTIE coréen exploité par KIAT (No. P0012453), et la bourse de recherche supérieure de l’Université Chung-Ang 2021.

matériels

NameCompanyCatalog NumberComments
2” x 3” FR­4 boardVolteraSKU: 1000066PCB substrate
Activated carbonMTINp-Ag-0530HT
Eagle CADAutodeskPCB CAD program
Ethyl celluloseSigma Aldrich4607048.0-49.5% (w/w) ethoxyl basis
Flex 2 conductive inkVolteraSKU: 1000333Flexible Ag ink
Lithium perchlorateSigma Aldrich634565
Propylene carbonateSigma Aldrich310328
PVDFSigma Aldrich182702average Mw ~534,000 by GPC
Smart ManagerZIVE LABver : 6. 6. 8. 9Electrochemical analysis program
Super-PHyundai
TerpineolSigma Aldrich432628
Thinky mixerThinkyARE-310Planetary mixer
Triton-XSigma AldrichX100
V-One printerVolteraSKU: 1000329PCB printer
ZIVE SP1WonatechPotentiostat device

Références

  1. Valentine, A. D., et al. Hybrid 3D printing of soft electronics. Advanced Materials. 29 (40), 1703817 (2017).
  2. Liang, K., Carmone, S., Brambilla, D., Leroux, J. -. C. 3D printing of a wearable personalized oral delivery device: A first-in-human study. Science Advances. 4 (5), (2018).
  3. Joshi, S. C., Sheikh, A. A. 3D printing in aerospace and its long-term sustainability. Virtual and Physical Prototyping. 10 (4), 175-185 (2015).
  4. Wang, S., et al. Paper-based chemiluminescence ELISA: Lab-on-paper based on chitosan modified paper device and wax-screen-printing. Biosensors and Bioelectronics. 31 (1), 212-218 (2012).
  5. Vohra, V., et al. Low-cost and green fabrication of polymer electronic devices by push-coating of the polymer active layers. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (30), 25434-25444 (2017).
  6. Schüffelgen, P., et al. Selective area growth and stencil lithography for in situ fabricated quantum devices. Nature Nanotechnology. 14 (9), 825-831 (2019).
  7. Karim, N., Afroj, S., Tan, S., Novoselov, K. S., Yeates, S. G. All inkjet-printed graphene-silver composite ink on textiles for highly conductive wearable electronics applications. Scientific Reports. 9 (1), 8035 (2019).
  8. Singh, M., Haverinen, H. M., Dhagat, P., Jabbour, G. E. Inkjet printing-Process and its applications. Advanced Materials. 22 (6), 673-685 (2010).
  9. An, B., et al. Three-dimensional multi-recognition flexible wearable sensor via graphene aerogel printing. Chemical Communications. 52 (73), 10948-10951 (2016).
  10. Ko, S. H., Chung, J., Hotz, N., Nam, K. H., Grigoropoulos, C. P. Metal nanoparticle direct inkjet printing for low-temperature 3D micro metal structure fabrication. Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (12), 125010 (2010).
  11. Li, J., et al. Efficient inkjet printing of graphene. Advanced Materials. 25 (29), 3985-3992 (2013).
  12. Burke, A. Ultracapacitors: why, how, where is the technology. Journal of Power Sources. 91 (1), 37-50 (2000).
  13. Qorbani, M., Khajehdehi, O., Sabbah, A., Naseri, N. Ti-rich TiO2 tubular nanolettuces by electrochemical anodization for all-solid-state high-rate supercapacitor devices. ChemSusChem. 12 (17), 4064-4073 (2019).
  14. Areir, M., Xu, Y., Harrison, D., Fyson, J. 3D printing of highly flexible supercapacitor designed for wearable energy storage. Materials Science and Engineering: B. 226, 29-38 (2017).
  15. Fialkov, A. S. Carbon application in chemical power sources. Russian Journal of Electrochemistry. 36 (4), 345-366 (2000).
  16. Pandolfo, A. G., Hollenkamp, A. F. Carbon properties and their role in supercapacitors. Journal of Power Sources. 157 (1), 11-27 (2006).
  17. Egorov, V., Gulzar, U., Zhang, Y., Breen, S., O'Dwyer, C. Evolution of 3D printing methods and materials for electrochemical energy storage. Advanced Materials. 32 (29), 2000556 (2020).
  18. Seol, M. -. L., et al. All-printed in-plane supercapacitors by sequential additive manufacturing process. ACS Applied Energy Materials. 3 (5), 4965-4973 (2020).
  19. Park, S. H., Kaur, M., Yun, D., Kim, W. S. Hierarchically designed electron paths in 3D printed energy storage devices. Langmuir. 34 (37), 10897-10904 (2018).
  20. Sajedi-Moghaddam, A., Rahmanian, E., Naseri, N. Inkjet-printing technology for supercapacitor application: Current state and perspectives. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (31), 34487-34504 (2020).
  21. Komuro, N., Takaki, S., Suzuki, K., Citterio, D. Inkjet printed (bio)chemical sensing devices. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 405 (17), 5785-5805 (2013).
  22. Kim, J., Kumar, R., Bandodkar, A. J., Wang, J. Advanced materials for printed wearable electrochemical devices: A review. Advanced Electronic Materials. 3 (1), 1600260 (2017).
  23. Calvert, P. Inkjet printing for materials and devices. Chemistry of Materials. 13 (10), 3299-3305 (2001).
  24. Zhou, Z., et al. High-throughput characterization of fluid properties to predict droplet ejection for three-dimensional inkjet printing formulations. Additive Manufacturing. 29, 100792 (2019).
  25. Ebnesajjad, S., Ebnesajjad, S. . Handbook of Adhesives and Surface Preparation. , 21-30 (2011).

Réimpressions et Autorisations

Demande d’autorisation pour utiliser le texte ou les figures de cet article JoVE

Demande d’autorisation

Explorer plus d’articles

Ing nierienum ro 177

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Confidentialité

Conditions d'utilisation

Politiques

Contactez-nous

RECOMMANDER À LA BIBLIOTHÈQUE

NEWSLETTERS JoVE

Recherche

Enseignement

Auteurs

Bibliothécaires

À PROPOS DE JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Tous droits réservés.