이 백서에서는 잉크젯 프린터를 사용하여 칩 기반 슈퍼 커패시터를 제조하는 기술을 제공합니다. 잉크를 합성하고, 소프트웨어 파라미터를 조정하고, 제조된 슈퍼 커패시터의 전기화학적 결과를 분석하기 위한 방법론이 자세히 설명되어 있습니다.
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이 논문에서
요약
초록
웨어러블 장치, 디스플레이 및 에너지 저장 장치의 제조를 위해 잉크젯 인쇄 방법을 적용하기위한 다양한 분야에서 엄청난 노력이 있습니다. 그러나 고품질 제품을 얻으려면 잉크 재료의 물리적 특성에 따라 정교한 작동 기술이 필요합니다. 이와 관련하여 잉크젯 인쇄 매개 변수를 최적화하는 것은 잉크 재료의 물리적 특성을 개발하는 것만 큼 중요합니다. 이 연구에서는 슈퍼 커패시터를 제조하기 위한 잉크젯 인쇄 소프트웨어 파라미터의 최적화가 제시됩니다. 슈퍼 커패시터는 높은 전력 밀도, 긴 수명 및 전원으로서의 다양한 응용 분야로 인해 매력적인 에너지 저장 시스템입니다. 슈퍼 커패시터는 사물 인터넷(IoT), 스마트폰, 웨어러블 기기, 전기 자동차(EV), 대형 에너지 저장 시스템 등에 사용할 수 있습니다. 광범위한 응용 분야에는 다양한 규모로 장치를 제작할 수 있는 새로운 방법이 필요합니다. 잉크젯 인쇄 방법은 기존의 고정 크기 제조 방법을 돌파 할 수 있습니다.
서론
지난 수십 년 동안 웨어러블 장치1, 의약품2 및 항공 우주 부품3을 포함한 다양한 응용 분야를 위해 여러 인쇄 방법이 개발되었습니다. 인쇄는 단순히 사용할 재료를 변경하여 다양한 장치에 쉽게 적용 할 수 있습니다. 또한, 그것은 원료의 낭비를 방지합니다. 전자 장치를 제조하기 위해 스크린 인쇄4, 푸시 코팅5 및 리소그래피6 와 같은 여러 인쇄 방법이 개발되었습니다. 이러한 인쇄 기술에 비해 잉크젯 인쇄 방법은 재료 낭비 감소, 여러 기판과의 호환성7, 저비용8, 유연성9, 저온 처리10 및 대량 생산의 용이성11을 포함한 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 그러나 잉크젯 인쇄 방법의 적용은 특정 정교한 장치에 대해 거의 제안되지 않았습니다. 여기에서는 슈퍼 커패시터 장치를 인쇄하기 위해 잉크젯 인쇄 방법을 사용하기 위한 자세....
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프로토콜
1. PCB CAD 프로그램을 사용한 패턴 설계
- CAD 프로그램을 실행합니다. 프로그램 창 상단의 파일 버튼을 클릭하십시오. 새 프로젝트 파일을 만들려면 새로 만들기 및 프로젝트 단추를 클릭합니다.
- 보드 파일을 생성하려면 파일, 새로 만들기 및 보드 단추를 순서대로 클릭합니다. 생성된 보드 파일 창의 왼쪽 위에 있는 메쉬 모양의 격자선 단추를 클릭하거나 창 맨 위에 순서대로 보기 및 격자선을 클릭하여 격자선 크기, 다중 및 대체 값을 설정합니다.
- 잉크젯 프린터가 PCB CAD 패턴을 읽을 수 있도록 그리드 크기와 alt 값을 mm에서 인치로 변경합니다. Best(최고 )를 눌러 미세 조정을 수행합니다.
- 집전체 및 EDLC 라인의 패턴을 인터디지타이징된 형태로 설계합니다. 겔 고분자 전해질(GPE) 패턴과 집전체 패드를 직사각형 형태로 디자인합니다(
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결과
잉크는 단계 2에 따라 합성되었고, 잉크의 특성은 참조18에 따라 확인될 수 있었다. 도 8은 전도성 잉크 및 EDLC 잉크의 구조적 특성뿐만 아니라 이전 연구에서 보고된 EDLC 잉크의 유변학적 특성18을 보여준다. 전도성 잉크는 연속 전도성 경로를 형성하기 위해 잘 소결되며, 나노 스케일 거칠기는 EDLC 잉크와의 접촉 면적을 증가시킬 것으로 예상됩니다 (그림 8A, B). EDLC 잉크는 거시적 규모로 균일하게 분포되어 있지만 마이크로 및 나노 스케일 상에서 매우 거친 표면 형상을 가지며, 이는 아마도 높은 표면적을 제공하고 에너지 저장 용량을 향상시킨다. 모든 구성 요소가 잘 분산되어 있으며 인쇄 중에 막힘을 일으킬 수 있는 가시적인 요소가 없습니다(그림 8C-F<.......
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토론
이 프로토콜의 중요한 단계는 매개 변수 값을 미세하게 조정하여 설계된 패턴을 인쇄하는 소프트웨어 매개 변수 설정과 관련이 있습니다. 맞춤형 인쇄는 구조적 최적화와 새로운 기계적 특성 획득으로 이어질 수 있습니다19. 소프트웨어 파라미터 제어를 통한 잉크젯 인쇄 방법은 인쇄 공정에 최적화된 재료를 선택하여 다양한 산업에서 정교한 인쇄에 사용할 수 있습니다.
잉크젯 인쇄를 사용하여 슈퍼 커패시터를 제작할 때 한 논문은 균일하고 높은 해상도의 패턴을 개발하는 데 여전히 한계가 있다고보고했습니다. 고온 후처리가 여전히 필요하며 재료의 최적화 프로세스가 필수적이라고보고되었습니다20. 또 다른 논문은 잉크젯 인쇄를 제대로 사용하려면 프린터에 의존하는 비교적 좁은 범위에서 점도와 표면 장력을 조정할 필요가 있다고보고했습니다. 이러한 목적을 위해, 잉크의 활성 물질의 농도는 제한된다. 어떤 경우에는 충분한 양.......
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공개 사항
저자는 공개가 없습니다.
감사의 글
본 사업은 한국전력공사(허가번호: R21XO01-24), KIAT가 운영하는 한국MOTIE의 산업전문가를 위한 역량개발프로그램(No. P0012453), 중앙대학교 대학원 연구 장학금 2021.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 2 인치 x 3 인치 프린스&샤이; 4 보드 | Voltera | SKU: 1000066 | PCB 기판 |
| 활성탄 | MTI | Np-Ag-0530HT | |
| Eagle CAD | Autodesk | PCB CAD 프로그램 | |
| 에틸 셀룰로오스 | 시그마 Aldrich | 46070 | 48.0-49.5% (w/w) 에톡실 기반 |
| Flex 2 전도성 잉크 | Voltera | SKU: 1000333 | 플렉시블 Ag 잉크 |
| 리튬 과염소산염 | Sigma Aldrich | 634565 | |
| 프로필렌 카보네이 | Sigma Aldrich | 310328 | |
| PVDF | Sigma Aldrich | 182702 | 평균 Mw ~534,000 by GPC |
| Smart Manager | ZIVE LAB | ver : 6. 6. 8. 9 | 전기 화학 분석 프로그램 |
| Super-P | Hyundai | ||
| Terpineol | Sigma Aldrich | 432628 | |
| Thinky 믹서 | Thinky | ARE-310 | 유성 믹서 |
| Triton-X | Sigma Aldrich | X100 | |
| V-One 프린터 | Voltera | SKU : 1000329 | PCB 프린터 |
| ZIVE SP1 | Wonatech | 전위차 조절기 장치 |
참고문헌
- Valentine, A. D., et al. Hybrid 3D printing of soft electronics. Advanced Materials. 29 (40), 1703817(2017).
- 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
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재인쇄 및 허가
