成果简介
可穿戴电子设备的快速发展对可压缩储能设备提出了更高的要求。三维（3D）分层多孔结构是一种优良的受力结构，有利于分散应变和应力，有效提高刚度和回弹性。然而，在变形条件下开发具有优异的压缩弹性和稳定功率输出的 3D 分层电极仍面临重大挑战。本文，四川大学张楚虹教授团队在《Ind. Eng. Chem. Res》期刊发表名为“3D-Printed Ultralight, Superelastic Reduced Graphene Oxide/Manganese Dioxide Foam for High-Performance Compressible Supercapacitors”的论文，研究提出一种3D打印超轻超弹性还原氧化石墨烯二氧化锰泡沫（3DP-rGO-MnO2），通过简单的原位化学反应，在打印rGO泡沫基底上均匀加载MnO2，构建高性能可压缩超级电容器。
由3D打印的规则宏观孔和结合冷冻干燥的细胞微观孔形成的具有3D分层多孔结构的rGO泡沫不仅可以为大的机械变形提供足够的应力释放空间并确保快速的离子/电子转移动力学，而且还可以提供丰富的MnO2负载活性位点，有效解决MnO2导电性差和体积膨胀问题在充电和放电过程中。因此，构建的对称超级电容器表现出优异的长循环稳定性（20,000次循环后为90.4%）和具有竞争力的能量/功率密度（18.4Wh/kg，9000W/kg）。同时，可压缩器件可以在 0% 到 90% 的不同压缩变形下提供稳定的电容输出，即使在90%的极限压缩应变下也能显著保持93.9%的容量。这项工作为设计高性能可压缩储能装置提供了一条新途径。
图文导读
图1. 3DP-rGO-MnO 2制备过程示意图。
图2. (a) 3DP-rGO和 (b) 3DP-rGO–MnO2-3的SEM图像和 (c) 3DP-rGO–MnO2-3泡沫的EDS映射图像。
图3、印刷油墨的流变性能
图4. (a,b) 3DP-rGO电极在不同扫描速率下的CV曲线，(c) 3DP-rGO-MnO2-3电极在不同扫描速率下的CV曲线，(d) CV曲线对比，（e）重力电容和倍率性能，以及（f）3DP-rGO-MnO2 -3、3DP-rGO-MnO2 -5和3DP-rGO-MnO2-30电极之间的循环稳定性。
图5. (a) 基于 3DP-rGO–MnO 2 -3 电极组装的可压缩对称器件示意图，(b) 不同扫描速率下的CV曲线，(c) 器件不同电流密度下的GCD曲线，( d) 器件的倍率性能，(e) 器件的 Ragone 图（红点）与文献报道的比较，(f) 以 200 mV/s 的扫描速率循环 20,000 次后器件的循环稳定性和库仑效率。
图6. (a) 对称装置在 20%、50%、80% 和 90% 应变下表现出出色的压缩性和弹性；(b) 不同应变下的电容保持率（插图显示 50 mV/s 时的 CV 曲线）；(c) 使用串联装置操作的电风扇的照片。
文献：https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c01216
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