商用打印墨水为规模化印刷电子提供了极具吸引力的平台，但其本征电化学活性有限，难以直接用于储能应用。因此，在保持印刷工艺兼容性的前提下为商用墨水赋予储能功能，对推进可印刷超级电容器与集成印刷电子器件具有重要意义。基于此，本文中，美国亚利桑那大学University of Arizona团队在《RSC Applied Interfaces》期刊发表名为 “Reduced graphene oxide-modified commercial inks for printable supercapacitor electrodes” 的研究论文，提出一种简单策略：将还原氧化石墨烯（rGO）–聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）分散体掺入商用打印墨水，借助可规模化刮刀涂布工艺将复合墨水沉积于碳纸基底，从而赋予商用墨水超级电容器功能。此外，该团队系统考察了不同 rGO 含量（5、10、20 wt%）复合墨水的成膜形貌与电化学性能关系；rGO 的引入显著增强了相对于纯商用墨水的电容性能，其中仅含 10 wt% rGO 的电极即实现能量密度 1.6 μWh cm⁻²，与已报道的可印刷超级电容器电极相当，凸显少量 rGO 添加即可赋予储能功能的成效。
经刮刀涂布制备的 10 wt% rGO 电极在 20 mV s⁻¹ 扫描速率下展现出 28.9 mF cm⁻² 的面电容，较纯商用打印墨水电极提升 3.5 倍；同时，该电极在 0–1 V 电位窗口、6 M KOH 电解液中经 5000 次循环后涂层完整性保持良好，Ragone 图显示其性能可比肩文献报道的可印刷超级电容器，验证了”对商用墨水做微小改性即可获得储能功能”的实用化路线。本研究提出了一种以 rGO–PDDA 分散体改性商用打印墨水的简易策略，在基本不改动现有印刷工艺的前提下，仅通过少量 rGO 添加即可赋予墨水储能功能，为可印刷超级电容器与集成印刷电子器件提供了一条低成本、可规模化的实用路径。
图1、Schematic representation of the doctor-blading technique used for electrode fabrication. Illustration was generated with assistance from OpenAI ChatGPT.
图2、Surface (a–d) and cross-sectional (e–h) SEM images of carbon paper (a) and (e), printer ink (b) and (f), 10 wt% rGO (c) and (g), and rGO (d) and (h).
商用油墨在日常生活中得到广泛应用；然而，传统印刷油墨通常具有有限甚至完全不具备储能功能。将广泛应用的储能材料rGO掺入商用油墨中，为在可印刷材料中引入电化学活性提供了一种简便的方法。48 该方法通过将市售油墨转化为具有电化学活性的体系，为开发可印刷储能材料开辟了一条途径。
在此研究中，通过简单的刮刀涂布工艺，成功利用rGO-PDDA改性了基于商用炭黑的打印机油墨，制备出了具有电化学活性的超级电容器电极。增加rGO的负载量促进了更连续的表面涂层的形成，并将电极形态从以渗入为主的结构转变为富含rGO的分层薄膜。值得注意的是，仅含10 wt% rGO的电极在20 mV s−1下实现了28.9 mF cm−2的面电容，与商用打印机油墨电极相比提高了3.5倍。这些发现证明了一种为商用打印油墨赋予储能功能的简单且可扩展的策略，并为可打印超级电容器电极的开发奠定了基础。
文献：https://doi.org/10.1039/d6lf00267f
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