Микро-суперконденсаторы (МСК) — это перспективная замена обычным аккумуляторам: они быстрее заряжаются, служат дольше и выдают больше мощности. Но есть проблема — их энергоемкость пока слишком мала для реального применения.

Обычные методы вроде центрифугирования или нанесения лезвием уступают 3D-печати чернилами (DIW). Она позволяет точно создавать пористые структуры слой за слоем, что резко улучшает характеристики устройства. MXene — новый двумерный материал на основе карбида металла — идеально подходит для суперконденсаторов: он проводит ток, имеет высокую теоретическую емкость, но его нанослои слипаются из-за молекулярных сил. Чтобы это предотвратить, нужно управлять свойствами чернил на микроуровне.

Команда профессоров Чжан Бовэя и Сюань Фу-Чжэня из Восточно-Китайского университета науки и технологии разработала чернила на основе MXene, гидроксилированной наноцеллюлозы (HNC) и углеродных нанотрубок (CNT). С их помощью напечатали гибкие МСК с межпальцевой структурой, залитые твердым электролитом. Это решило проблему расслоения электродов при деформации.

HNC работает как «сшивающий агент»: ее 3D-сетка с кислородными группами не дает MXene слипаться и улучшает текучесть чернил. CNT ускоряют перенос заряда. Готовые устройства сохраняют стабильность при изгибе, в модулях и после тысяч циклов заряда, что открывает путь для гибкой электроники.

Исследование опубликовано в журнале Carbon Future.

Этот метод упростит создание гибкой носимой электроники:

• Медицина — датчики, которые не ломаются при движении.
• Умная одежда — встроенные источники питания для сенсоров.
• Робототехника — компактные энергоемкие компоненты для мягких роботов.

Главный плюс — масштабируемость: DIW-печать дешевле литографии, а чернила можно адаптировать под другие материалы.

Неясно, как поведет себя материал при длительном контакте с влагой или экстремальных температурах. MXene окисляется на воздухе — нужно тестировать герметизацию. Также нет данных о себестоимости: CNT и MXene пока дороги для массового производства.

Ранее российские ученые выяснили, как сделать суперконденсаторы еще круче.