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

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三维(3D)打印技术对建筑结构和储能设备具有显着影响。在这里，展示了将3D打印的电化学装置集成到建筑砖的绝缘空隙中的概念，以将电化学储能作为住宅建筑的一个组成部分。低成本的3D打印超级电容器(SC)电极是使用石墨烯/聚乳酸(PLA)长丝制成的任何所需形状，例如3D圆柱形(3Dcy)、圆盘(3Ddc)和3D矩形(3Drc)形状电极。为了获得优异的电容性能，在3D打印电极的表面均匀电镀了Ti3C2@polypyrrole (PPy)杂化物。这些Ti3C2@PPy涂层的3D打印电极具有出色的导电性、电容性能、循环寿命和功率密度。砖本身是电化学能源设备的极好支架，因为它们具有电绝缘性、耐火性，并且包含大量未使用的隔热空隙。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，该系统允许在砖块中储备电力，并在电梯停电时将其用作备用电源。这一概念为未来由增值“智能砖”储能系统建造的真正智能建筑提供了一个平台。

布拉格科技大学

1简介
三维(3D)打印技术已用于广泛的应用，例如建筑施工、汽车零部件制造、空间应用、电子和储能设备。在电化学和储能设备中，电解槽、电池和超级电容器取得了重大进展。虽然这些能源应用的目标是建造“绿色能源”可持续智能家居，但将3D打印的电化学设备集成到建筑构件（如混凝土和陶瓷砖）中的做法并不存在。在这里，我们将3D打印的电化学设备集成到砖块中的绝缘空隙中，以创建电化学储能作为家庭积木的固有特征。
熔融沉积建模(FDM)作为一种3D打印技术由于其低成本和可访问性而引起了极大的兴趣。对于电化学电容器应用，常用的石墨烯/聚乳酸(PLA)长丝是FMD 3D打印过程中最有利的长丝。通过使用金属2D材料的电沉积或原子层沉积，可以进一步提高3D打印电极的电化学性能。在二维材料类别中， Ti3C2 (MXene)已成为应用最广泛的SC电极材料，可实现优异的电化学性能；这是由于其优异的金属导电性、亲水性和在二氧化钛位点进行氧化还原电容反应的能力。胶体Ti3C2溶液的制备使其可用于书写、印刷、浸渍和干燥；因此， SC的制造提供了大的比电容。通过添加石墨烯、介孔C60、碳纳米管等二维碳基材料， Ti3C2基SC的电容和循环寿命得到了提高。此外， Ti3C2与聚合物（例如聚吡咯、聚苯胺和聚（3 ， -亚乙基二氧噻吩））连接和构建复合材料的能力使其适用于改善3D打印电极的表面性能。
在这种情况下，这项工作旨在研究3D打印在制造低成本SC设备中的应用，并通过使用石墨烯PLA灯丝对不同形状设计（即3Dcy、3Ddc和3Drc）的电极进行原型制作来证明其实用性。此外， 3D打印的电极使用Ti3C2@PPy混合物进行功能化，使用的程序包括电极的化学活化，然后将电极浸入Ti3C2/吡咯溶液中。图1显示了制造3Drc Ti3C2@PPy SC的示意图。基于Ti3C2@PPy的SC器件（即3Dcy Ti3C2@PPy SC、3Ddc Ti3C2@PPy SC和3Drc Ti3C2@PPy SC）由于Ti3C2@PPy混合促进的离子扩散和电子转移，使用石墨烯PLA灯丝提高了电化学性能。打算开发智能家居储能系统，将制备好的3Drc Ti3C2@PPy SCs集成到砖块的绝缘空隙中，使我们可以将电力储存在房屋墙壁中并在以后使用。此外，当电梯停电时，砖块中的电力存储可用作备用电源。我们用一个缩小的模型来证明这一点。