3D打印|智能能量砖：通过 3D 打印在砖内进行 Ti3C2@聚合物电化学储能( 五 ) 电化学|石墨烯|机械

3结论
为了说明具有石墨烯/PLA细丝的3D手持式打印机在3D电极制造中的可能性，我们提出了三种设计：圆柱形(3Dcy)、圆盘(3Ddc)和3D矩形(3Drc) 。 3D打印电极通过化学方法活化，然后电镀Ti3C2@polypyrrole (PPy)杂化物，以实现优异的电容性能。所有3D SC器件都具有出色的电容性能、低电阻以及高能量和功率密度。具体而言， 3Ddc Ti3C2@PPy SC表现出优异的循环寿命；在5 A g-1下充电/放电6000次循环后， Csp保持其初始值的81.4%左右。此外，我们将3Drc Ti3C2@PPy SC集成到真正的砖块中，以展示智能家居储能系统。该系统的概念验证通过操作楼宇电梯模型和打开模型交通信号灯进行了演示。作者预计3D笔将使3D打印电极的生产变得更容易和更广泛，并为3D打印电极的表面修饰开辟新的可能性，以应用于高性能储能设备。
4实验部分
材料
氢氧化钠(NaOH)、嵌段共聚物(F108)、吡咯、硫酸(H2SO4)和氯化锂(LiCl)购自Sigma-Aldrich 。导电石墨烯/PLA灯丝和3D笔分别购自美国Black Magic 3D和中国宝丽来。玩具（红绿灯和电梯）是在捷克共和国布拉格的一家当地商店购买的。迷你水泥砖（尺寸：3.3 × 1.7 × 1.7 cm3）购自捷克共和国的亚马逊。
Ti3C2@PPy涂层3D打印电极的制备
3D打印设计是使用3D笔在220 °C的温度下和称为“Black Magic”（基于石墨烯的PLA）的市售灯丝制备的。 3D打印电极使用三种不同的形状设计制成：圆柱形（3Dcy ，直径= ≈1.0毫米，长度= 2.5厘米）、3D圆盘（3Ddc ，厚度= 1.0毫米）和3D矩形（3Drc ， 3.0 × 1.4 × 1.4厘米3）。之后，将印刷电极浸入1 M NaOH中30分钟进行化学活化。 Ti3C2@PPy杂化物的电沉积在含有2.0 mg mL-1 Ti3C2、0.2 M吡咯和1.0 mg mL-1氯化锂的沉积浴中进行，循环电位为0至0.8 V 。使用的参比电极和对电极分别是Ag/AgCl和铂电极，沉积时间从15分钟延长到45分钟。沉积后，轻轻清洗3D打印电极上的Ti3C2@PPy杂化物以去除未吸收的物质，然后在40°C下干燥。
材料特性
使用SEM（JEOL 7600F ，日本）和能量色散光谱仪（SDD探测器X-MaxN 80TS）对Ti3C2@PPy沉积的3D打印电极进行形态学研究。样品的结构表征通过XRD（Bruker ， D8 ，德国）、TGA（TG-750 ， Stanton Redcroft ，英国）和BET表面积分析（NOVAtouch ， Quantachrome Instrument）进行。
设备配置和电化学测量
Autolab PGSTAT204工作站（Metrohm ， Netherlands）用于进行这项工作中的所有电化学实验。在三电极配置中， 3Dcy Ti3C2@PPy、铂和Ag/AgCl电极分别用作1 M H2SO4电解液中的工作电极、反电极和参比电极。在双电极配置中， Ti3C2@PPy杂化物电镀在3Ddc和3Drc电极的表面上作为正极和负极；将一块多孔膜浸入水凝胶（35 w/w% F108溶于1 M H2SO4）电解质中，作为隔膜。 CV和GCD分别以不同的扫描速率和电流密度进行。电化学阻抗谱(EIS)在10 mV的交流振幅和10-2至105 Hz的频率范围内进行。 3D打印电极的重量比电容(Csp Fg-1)使用方程CSP = i × Δt/ΔV × m从GCD图中获得，其中ΔV、m、Δt和I代表操作窗口(V) ，分别为电极的活性质量(g)、放电时间(s)和电流(A) 。

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