智慧能量磚：透過 3D 列印在磚內進行 Ti3C2@聚合物電化學儲能

三維

（3D）

列印技術對建築結構和儲能裝置具有顯著影響。在這裡，展示了將

3D

列印的電化學裝置整合到建築磚的絕緣空隙中的概念，以將電化學儲能作為住宅建築的一個組成部分。低成本的

3D

列印超級電容器

（SC）

電極是使用石墨烯

/

聚乳酸

（PLA）

長絲製成的任何所需形狀，例如

3D

圓柱形

（3Dcy）

、圓盤

（3Ddc）

和

3D

矩形

（3Drc）

形狀電極。為了獲得優異的電容效能，在

3D

列印電極的表面均勻電鍍了

Ti

3

C

2

@polypyrrole （PPy）

雜化物。這些

Ti

3

C

2

@PPy

塗層的

3D

列印電極具有出色的導電性、電容效能、迴圈壽命和功率密度。磚本身是電化學能源裝置的極好支架，因為它們具有電絕緣性、耐火性，並且包含大量未使用的隔熱空隙。將

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合到真正的磚塊中以展示智慧家居儲能系統，該系統允許在磚塊中儲備電力，並在電梯停電時將其用作備用電源。這一概念為未來由增值

“

智慧磚

”

儲能系統建造的真正智慧建築提供了一個平臺。

布拉格科技大學

1

簡介

三維

（3D）

列印技術已用於廣泛的應用，例如建築施工、汽車零部件製造、空間應用、電子和儲能裝置。在電化學和儲能裝置中，電解槽、電池和超級電容器取得了重大進展。雖然這些能源應用的目標是建造

“

綠色能源

”

可持續智慧家居，但將

3D

列印的電化學裝置整合到建築構件（如混凝土和陶瓷磚）中的做法並不存在。在這裡，我們將

3D

列印的電化學裝置整合到磚塊中的絕緣空隙中，以建立電化學儲能作為家庭積木的固有特徵。

熔融沉積建模

（FDM）

作為一種

3D

列印技術由於其低成本和可訪問性而引起了極大的興趣。對於電化學電容器應用，常用的石墨烯

/

聚乳酸

（PLA）

長絲是

FMD 3D

列印過程中最有利的長絲。透過使用金屬

2D

材料的電沉積或原子層沉積，可以進一步提高

3D

列印電極的電化學效能。在二維材料類別中，

Ti

3

C

2

（MXene）

已成為應用最廣泛的

SC

電極材料，可實現優異的電化學效能；這是由於其優異的金屬導電性、親水性和在二氧化鈦位點進行氧化還原電容反應的能力。膠體

Ti

3

C

2

溶液的製備使其可用於書寫、印刷、浸漬和乾燥；因此，

SC

的製造提供了大的比電容。透過新增石墨烯、介孔

C60

、碳奈米管等二維碳基材料，

Ti

3

C

2

基

SC

的電容和迴圈壽命得到了提高。此外，

Ti

3

C

2

與聚合物（例如聚吡咯、聚苯胺和聚（

3

，

-

亞乙基二氧噻吩））連線和構建複合材料的能力使其適用於改善

3D

列印電極的表面性能。

在這種情況下，這項工作旨在研究

3D

列印在製造低成本

SC

裝置中的應用，並透過使用石墨烯

PLA

燈絲對不同形狀設計（即

3Dcy

、

3Ddc

和

3Drc

）的電極進行原型製作來證明其實用性。此外，

3D

列印的電極使用

Ti

3

C

2

@PPy

混合物進行功能化，使用的程式包括電極的化學活化，然後將電極浸入

Ti

3

C

2

/

吡咯溶液中。圖

1

顯示了製造

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

的示意圖。基於

Ti

3

C

2

@PPy

的

SC

器件（即

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy SC

、

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

和

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

）由於

Ti

3

C

2

@PPy

混合促進的離子擴散和電子轉移，使用石墨烯

PLA

燈絲提高了電化學效能。打算開發智慧家居儲能系統，將製備好的

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SCs

整合到磚塊的絕緣空隙中，使我們可以將電力儲存在房屋牆壁中並在以後使用。此外，當電梯停電時，磚塊中的電力儲存可用作備用電源。我們用一個縮小的模型來證明這一點。

圖

1

智慧儲能磚概念示意圖。

a） 3D

矩形

（3Drc） Ti

3

C

2

@PPy

超級電容器

（SC）

的製作步驟：

i） 3D

筆列印的

3Drc

電極；

ii）

化學活化；

iii）

在活化的

3Drc

表面電鍍

Ti

3

C

2

@PPy

雜化物。

b） 3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合到磚的絕緣空隙中，為交通燈和電梯供電。

2

結果與討論

具有整合儲能功能

的智慧磚的概念如圖

1

所示。首先，我們製作了放置在磚絕緣空間中的電極。石墨烯

PLA

細絲用於製造

3Drc

形電極，然後將其與磚整合，用於智慧家居儲能應用。實驗部分描述了

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

的詳細製造過程。然而，在開始電化學研究及其在智慧家居中的應用之前，瞭解

Ti

3

C

2

@PPy

塗層

3D

列印電極的結構和形態特性至關重要。

Ti

3

C

2

和吡咯透過一鍋電沉積沉積在化學活化的

3Drc

印刷電極的表面上，其中

Ti

3

C

2

具有親水性、強大的金屬導電性和負電荷特性。

Ti

3

C

2

奈米片的透射掃描電子顯微鏡影象如圖

S1a

（支援資訊）所示。

Ti

3

C

2

將在電聚合步驟中與吡咯的陽離子自由基結合，無需任何額外的電解質。透過掃描電子顯微鏡

（SEM）

和能量色散

X

射線光譜

（EDS）

檢查沉積時間為

15

到

45

分鐘的製備的

Ti

3

C

2

@PPy

塗層

3Drc

印刷電極

（3Drc Ti

3

C

2

@PPy）

的形貌特徵

。

燈絲化學活化後，光滑的表面變得非常粗糙（圖

2a

、

b

）。圖

2c

顯示了

Ti

3

C

2

@PPy

電沉積

45

分鐘後

3Drc

電極表面的

SEM

影象。顯然，隨著沉積時間從

15

分鐘增加到

45

分鐘，活化的

3Drc

電極表面上

Ti

3

C

2

@PPy

複合材料的濃度顯著增加。圖

S1b

、

c

（支援資訊）分別顯示了電沉積

15

分鐘和

30

分鐘後

Ti

3

C

2

@PPy

在

3Drc

電極上的

SEM

影象。然而，在電沉積

45

分鐘後，

Ti

3

C

2

@PPy

雜化物均勻地塗覆在

3Drc

表面上（見圖

2c

的插圖）。這些發現表明塗層的

Ti

3

C

2

@PPy

具有用於電化學研究的有用特性。來自

SEM-EDS

對映的進一步證據顯示

3Drc

電極表面存在

Ti

、

C

、

O

和

N

，如圖

2d

（圖

S2a

、

b

和表

S1

，支援資訊），表明

Ti

3

C

2

和

PPy

存在於

3Drc

電極的表面。

圖

2

3D

矩形

（3Drc）

電極的形態學研究：

a）

原始、

b）

化學活化和

c） Ti

3

C

2

@PPy

電鍍

45

分鐘的掃描電子顯微鏡

（SEM）

影象。

d）

在

45

分鐘時在

3Drc

電極上電鍍

Ti

3

C

2

@PPy

的能量色散

X

射線光譜

（EDS）

對映。

圖

3a

顯示了在

Ti

3

C

2

@PPy

電沉積

45

分鐘之前和之後長絲表面的熱重分析

（TGA）

曲線。可以觀察到，在電極表面沉積

Ti

3

C

2

@PPy

後，

3Drc

電極的起始溫度為

270°C

，降解溫度為

351°C

，分別升至

315°C

和

379°C

。這表明

Ti

3

C

2

@PPy

成功地電沉積在

3Drc

電極表面。為了驗證

3Drc

電極表面上的

Ti

3

C

2

晶相，獲得了

X

射線衍射

（XRD）

圖案進行檢查，如圖

3b

所示。在

20。3°

和

29。7°

處觀察到的衍射峰分別定義為

PLA

和石墨烯峰。另一方面，在

Ti

3

C

2

@PPy

基

3Drc

電極中，

Ti

3

C

2

的衍射峰（

001

）以較低的角度出射，這表明電沉積的

Ti

3

C

2

晶體結構保持穩定。為了進一步確認表面性質和多孔結構，進行了氮吸附

-

解吸等溫線分析。圖

3c

顯示了

Ti

3

C

2

@PPy

在

3D

列印電極表面電沉積前和電沉積後的典型等溫線和相應的孔徑分佈圖。透過

Brunauer-Emmett-Teller （BET）

方法獲得的原始

3D

電極的比表面積

（SSA）

計算為

5。01 m

2

g

-1

而

Ti

3

C

2

@PPy

沉積的

3Drc

電極具有三倍高的

SSA （15。91 m

2

g−1）

。

SSA

的這種顯著上升是

Ti

3

C

2

@PPy

存在的原因，如上述

SEM

發現所證明的那樣。為了評估電導率，使用原始的

3D

列印圓柱電極

（3Dcy）

、化學活化的

3Dcy

電極和不同時間電沉積的

Ti

3

C

2

@PPy

基

3Dcy

電極構建了一個簡單的方波形電流電路。圖

3d

說明了

Ti

3

C

2

@PPy

電阻率對

3Dcy

電極的依賴性，這是基於電沉積的時間。

Ti

3

C

2

@PPy

基

3Dcy

的電阻隨著電沉積時間從

15

分鐘增加到

45

分鐘而逐漸降低（圖

S3a-d

，支援資訊）。然而，較長的電沉積時間（

60

分鐘）會降低電導率，這歸因於

3Dcy

電極表面活性材料塗層的增加（參見圖

S1d

中的

SEM

影象，支援資訊）。相比之下，當原始

3Dcy

與電路兩端連線時，紅色發光二極體

（LED）

的光強度非常低，而電沉積

45

分鐘的

Ti

3

C

2

@PPy

基

3Dcy

電極具有較高的光強度（圖

S3e

、

f

，支援資訊）。這表明

Ti

3

C

2

@PPy

沉積的

3D

列印電極具有低電阻（高電導率），促進了電子的定向轉移。

圖

3

在

3D

列印電極上電鍍

Ti

3

C

2

@PPy

之前和之後（

45

分鐘）的結構和電學研究。

a）

熱重分析

（TGA）

分析，

b） XRD

圖，

c） N2

吸附

-

解吸等溫線（插圖代表孔徑分佈），

d

）原始、活化和電沉積的基於

Ti

3

C

2

@PPy

的

3D

列印電極的電阻（提供的資料是五次重複實驗結果的平均值）。

根據形態和結構特徵，我們在以

1 M H2SO4

溶液作為電解質的三電極系統中檢查了

Ti

3

C

2

@PPy

電沉積

3Dcy

電極的電化學效能（圖

S4a

、

b

，支援資訊）。圖

S5a

（支援資訊）顯示了原始和不同時間沉積的

Ti

3

C

2

@PPy

在

3Dcy

電極上的迴圈伏安（

CV

）圖。隨著電沉積時間從

15

分鐘增加到

45

分鐘，

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy

電極的

CV

積分面積增加，表明較長的電沉積時間有利於增加電容。由於採用了二維材料（

Ti

3

C

2

），

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy

電極的

CV

曲線具有更大的封閉面積和矩形形狀，表明更好的電子轉移和更大的電容。但是在

Ti

3

C

2

@PPy

電沉積

60

分鐘後，

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy

電極的

CV

封閉面積開始減小（圖

S5a

，支援資訊）。這是由於

Ti

3

C

2

@PPy

複合材料的負載和電極的電導率在

60

分鐘電沉積後達到最大值。另一方面，

3Dcy

電極表面過量的活性材料會在

Ti

3

C

2

和

PPy

之間產生聚集，導致效能損失。圖

S5b

（支援資訊）顯示了

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy

電極的恆電流充放電（

GCD

）圖，其工作視窗為

-0。2

至

0。6 V

，電流密度為

1 A g

-1

。很明顯，電沉積

45

分鐘的

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy

具有較長的放電時間，這意味著較大的比電容（

Csp

）。基於放電時間，在電沉積時間為

0

、

15

、

30

和

45

分鐘後計算的

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy

電極的

Csp

分別顯示為

1。73

、

41。15

、

79。7

和

121。03 F g

-1

。此外，

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy

電極的

GCD

曲線與

CV

曲線相似，表明

Ti

3

C

2

@PPy

電沉積

60

分鐘後，電化學效能下降（圖

S5b

，支援資訊）。根據我們的發現，我們認為

45

分鐘是最佳電沉積時間。這些優異的電化學效能肯定歸功於

Ti

3

C

2

@PPy

雜化物的電沉積，它可以提高電導率和比表面積。

根據對單個

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy

電極的研究，電沉積

45

分鐘後沉積的

Ti

3

C

2

@PPy

混合層提供了最佳的總體結果；因此，相同的電沉積時間用於製備其他兩種

3D

電極設計：

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy

（圖

S4c

，支援資訊）和

3Drc Ti

3

C

2

@PPy

（圖

S4e

，

f

，支援資訊）。為了證明雙電極系統的高電化學效能，我們首先研究了

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy

電極的電容效能。因此，我們製造了一個獨立的對稱固態

SC

，其中兩個

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy

電極和

F108/H2SO4

水凝膠電解質夾在它們之間，如圖

4a

和圖

S4d

（支援資訊）的插圖所示。

圖

4

對稱

3D

圓盤

（3Ddc） Ti

3

C

2

@PPy

超級電容器

（SC）

的電化學效能：

a）

不同掃描速率下的迴圈伏安

（CV）

圖，

b）

不同電流密度下的恆電流充放電

（GCD）

圖，

c） Csp

作為

a

電流密度的函式，

d）

奈奎斯特圖，

e）

迴圈穩定性，

f）

能量密度與功率密度的

Ragone

圖。

圖

4a

顯示了

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

在

5

到

100 mV s

-1

的掃描速率下的

CV

圖。

CV

曲線沒有顯著修改，表明

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy

電極具有高倍率能力和出色的電容行為。此外，當掃描速率增加時，

CV

曲線的面積增加，顯示出優異的電容特性。圖

4b

顯示了

GCD

曲線的對稱線性形狀，表明

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

在

0。8 V

的工作電壓下表現出完美的理想電容行為。圖

4c

顯示

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

具有更高的

Csp

，為

118。14 F g -1

在

1。5 A g

-1

的電流密度下，當電流密度增加兩倍時，具有

92。9% Csp

保留（

109。8 F g

-1

）的良好倍率容量。圖

4d

中的奈奎斯特圖表明

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

具有相對較小的等效串聯電阻

（ESR）

，為

4。8 Ω

，這導致電極中的快速電子轉移。此外，透過

GCD

對

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

的長期迴圈測試顯示電流密度為

5。0 A g

-1

。圖

4e

顯示，在

1000

次和

6000

次

GCD

迴圈後，

Csp

分別保留了其初始

Csp

的

97。8%

和

81。4%

，優於報道的

MXene

和

3D

列印電極。圖

4f

顯示了

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

的

Ragone

圖，其中功率密度

（P）

和能量密度

（E）

的值是根據不同電流密度下的

GCD

曲線計算得出的。

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

的

E

在

P

為

150 Wkg

-1

（93。7 mW cm-3）

時可達到

2。64 Whkg

-1

（1。60 mWh cm-3）

，同時保持

2。44Whkg

-1

336 Wkg−1

。值得注意的是，與

CoNi2S4/NiCo-LDHs/Ni/PL

、

PLA/nanoC

、

MoSx@3D-PE

和

MoS3-x@3DnCF

等其他

3D

列印

SC

裝置相比，

E

研究結果顯示出更高的效能

// Ti

3

C

2

。表

S2

（支援資訊）中描述了

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

與先前報道的

3D

列印

SC

的比較效能。

此外，我們使用

3D

列印技術（即

3D

筆）設計了一個

3D

矩形

SC

（

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

）裝置，並將其整合到磚中以在房屋牆壁中儲存能量。我們的想法是建立一個智慧家居儲能系統，讓我們可以將電力儲存在牆上並稍後使用。例如，您可以將太陽能電池板在白天產生的電力儲存起來並在晚上使用。我們還可以透過併網系統傳輸未使用的儲存電力。作為儲能磚的概念證明，

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

使用

F108

水凝膠製造，用作電解質和隔膜（圖

5a

和圖

S4f

的插圖，支援資訊）並安裝到磚中。在評估

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚的電化學效能之前，重要的是研究

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

的機械效能。為了證明

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

在實際應用中的機械強度，記錄了

SC

在其原始和壓力狀態下的

GCD

曲線。施加的壓力是

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

重量的

500

倍以上（插圖

S

6

a

，支援資訊）。如圖

S

6

a

（支援資訊）所示，

GCD

曲線僅存在輕微偏差，表明其在機械壓力下具有顯著的穩定性。另一項機械效能是衝擊強度，透過將

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

從不同米的高度掉落並觀察電化學效能進行研究（插圖

S

6

b

，支援資訊）。

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

表現出出色的機械衝擊強度，長距離跌落後

Csp

僅損失

6%

（圖

S

6

b

，支援資訊）。這些結果表明

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

具有良好的機械效能，是磚整合的潛在候選者。圖

5

描繪了

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚的電化學效能。可以看出，即使在非常高的掃描速率下，

CV

曲線也具有矩形形狀，這表明在

3Drc Ti

3

C

2

@PPy

電極中已經開發出有效的雙層電容（圖

5a

）。圖

S5c

（支援資訊）顯示了在

0。5

至

2 A g

-1

範圍內的不同電流密度速率下的

GCD

曲線。

GCD

曲線的三角形是典型的電容和可逆電容行為。在

0。5 A g

-1

的掃描速率下，記錄到

46。2 F g

-1

的高

Csp

。

圖

5

儲能磚的電化學效能和應用：

a

）三維矩形（

3Drc

）

Ti

3

C

2

@PPy

超級電容器（

SC

）整合磚在不同掃描速率下的迴圈伏安（

CV

）圖。

b，c）

三個串聯和並聯配置的

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚的

CV

和恆電流充放電

（GCD）

圖。

d）

五個串聯的

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚的自放電率。

e） 3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚可用作交通燈或電梯停電時的備用電源。

儘管

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚具有優異的電化學和機械效能，但可能適用於現實世界的實際應用。為了達到所需的

Csp

或能量和功率密度，

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚可以根據應用並聯或串聯連線。圖

5b

顯示了串聯和並聯配置的三個智慧磚

SC

裝置的

CV

曲線。透過串聯連線三個磚型

SC

，單個磚型

SC

的電壓視窗可以從

0。8 V

擴充套件到串聯裝置的

2。4 V

。雖然透過簡單地並聯三個磚

SC

，單磚

SC

輸出電流密度提高了三倍（例如，

Csp

值幾乎是單個磚

SC

的三倍）。如圖

5c

中的

GCD

曲線所示，透過串聯連線三個磚

SC

，可以將單個磚

SC

的工作電壓視窗從

0。8 V

增加到

2。4 V

，展示了更好的電容特性和低內阻。作為演示，這種製造的串聯磚

SC

可以以

1。5 V

的最小工作電壓為交通標誌（紅色、綠色和黃色

LED

）供電長達

180

秒（圖

5e

、圖

S5d

和電影

S1

，支援資訊）。此外，透過電纜連線的光伏電池板可以為磚塊

SC

充電，為應急照明（例如，手電筒和吸頂燈）和其他用途提供內部備用電源。

我們在這個模型上展示了這種

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚作為電梯緊急情況（例如在執行電源故障期間）的備用電源的應用。為了提供用於執行電梯電機的特定功率和能量

（≈3。5 V）

，多個儲能磚以串聯配置連線。為了最大化電壓視窗，五個串聯的

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚達到

4。0 V

。圖

5d

描繪了五個串聯連線的

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚在充滿電（向上）後的自放電曲線至

4。0 V）

，電流密度為

3。0 A g

-1

。在前

150

秒內，

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合磚的自放電曲線下降至

3。70 V

，然後在接下來的

600

秒內保持

3。55 V

。這些自放電特性證明了使用這種串聯磚

SC

作為電源來操作電梯的能力。此外，如圖

5e

、圖

S5f

和電影

S2

（支援資訊）所示，串聯多個磚塊

SC

的裝置可以驅動電梯。如果電梯主電源出現故障，那麼它可以利用儲存在磚

SC

中的能量來停在最近的樓層。據作者所知，這是第一個使用基於

Ti

3

C

2

@PPy

的

3D

列印電極的操作磚

SC

演示裝置。

3

結論

為了說明具有石墨烯

/PLA

細絲的

3D

手持式印表機在

3D

電極製造中的可能性，我們提出了三種設計：圓柱形

（3Dcy）

、圓盤

（3Ddc）

和

3D

矩形

（3Drc）

。

3D

列印電極透過化學方法活化，然後電鍍

Ti

3

C

2

@polypyrrole （PPy）

雜化物，以實現優異的電容效能。所有

3D SC

器件都具有出色的電容效能、低電阻以及高能量和功率密度。具體而言，

3Ddc Ti

3

C

2

@PPy SC

表現出優異的迴圈壽命；在

5 A g

-1

下充電

/

放電

6000

次迴圈後，

Csp

保持其初始值的

81。4%

左右。此外，我們將

3Drc Ti

3

C

2

@PPy SC

整合到真正的磚塊中，以展示智慧家居儲能系統。該系統的概念驗證透過操作樓宇電梯模型和開啟模型交通訊號燈進行了演示。作者預計

3D

筆將使

3D

列印電極的生產變得更容易和更廣泛，併為

3D

列印電極的表面修飾開闢新的可能性，以應用於高效能儲能裝置。

4

實驗部分

材料

氫氧化鈉

（NaOH）

、嵌段共聚物

（F108）

、吡咯、硫酸

（H2SO4）

和氯化鋰

（LiCl）

購自

Sigma-Aldrich

。導電石墨烯

/PLA

燈絲和

3D

筆分別購自美國

Black Magic 3D

和中國寶麗來。玩具（紅綠燈和電梯）是在捷克共和國布拉格的一家當地商店購買的。迷你水泥磚（尺寸：

3。3 × 1。7 × 1。7 cm3

）購自捷克共和國的亞馬遜。

Ti

3

C

2

@PPy

塗層

3D

列印電極的製備

3D

列印設計是使用

3D

筆在

220 °C

的溫度下和稱為

“Black Magic”

（基於石墨烯的

PLA

）的市售燈絲製備的。

3D

列印電極使用三種不同的形狀設計製成：圓柱形（

3Dcy

，直徑

= ≈1。0

毫米，長度

= 2。5

釐米）、

3D

圓盤（

3Ddc

，厚度

= 1。0

毫米）和

3D

矩形（

3Drc

，

3。0 × 1。4 × 1。4

釐米

3

）。之後，將印刷電極浸入

1 M NaOH

中

30

分鐘進行化學活化。

Ti

3

C

2

@PPy

雜化物的電沉積在含有

2。0 mg mL

-1

Ti

3

C

2

、

0。2 M

吡咯和

1。0 mg mL

-1

氯化鋰的沉積浴中進行，迴圈電位為

0

至

0。8 V

。使用的參比電極和對電極分別是

Ag/AgCl

和鉑電極，沉積時間從

15

分鐘延長到

45

分鐘。沉積後，輕輕清洗

3D

列印電極上的

Ti

3

C

2

@PPy

雜化物以去除未吸收的物質，然後在

40°C

下乾燥。

材料特性

使用

SEM

（

JEOL 7600F

，日本）和能量色散光譜儀（

SDD

探測器

X-MaxN 80TS

）對

Ti

3

C

2

@PPy

沉積的

3D

列印電極進行形態學研究。樣品的結構表徵透過

XRD

（

Bruker

，

D8

，德國）、

TGA

（

TG-750

，

Stanton Redcroft

，英國）和

BET

表面積分析（

NOVAtouch

，

Quantachrome Instrument

）進行。

裝置配置和電化學測量

Autolab PGSTAT204

工作站（

Metrohm

，

Netherlands

）用於進行這項工作中的所有電化學實驗。在三電極配置中，

3Dcy Ti

3

C

2

@PPy

、鉑和

Ag/AgCl

電極分別用作

1 M H2SO4

電解液中的工作電極、反電極和參比電極。在雙電極配置中，

Ti

3

C

2

@PPy

雜化物電鍍在

3Ddc

和

3Drc

電極的表面上作為正極和負極；將一塊多孔膜浸入水凝膠（

35 w/w% F108

溶於

1 M H2SO4

）電解質中，作為隔膜。

CV

和

GCD

分別以不同的掃描速率和電流密度進行。電化學阻抗譜

（EIS）

在

10 mV

的交流振幅和

10-2

至

105 Hz

的頻率範圍內進行。

3D

列印電極的重量比電容

（Csp， Fg

-1

）

使用方程

CSP = i × Δt/ΔV × m

從

GCD

圖中獲得，其中

ΔV

、

m

、

Δt

和

I

代表操作視窗

（V）

，分別為電極的活性質量

（g）

、放電時間

（s）

和電流

（A）

。

本文僅用於學術交流，不得用於商業用途。