单步增材制造用于可穿戴电子设备中集成无线能量存储的整体式MXene结构

《ACS Applied Nano Materials》：Single-Step Additive Manufacturing of Monolithic MXene Architectures for Integrated Wireless Energy Storage in Wearable Electronics

柔性可穿戴设备中，通过单步骤挤出印刷法将Ti3C2MXene墨水同时印刷为微超级电容器和无线充电线圈，解决了传统多步工艺的界面能量损失和机械柔韧性不足问题，实现了51.9%的无线充电效率、59.36 mF/cm2比电容和26.71 μWh/cm2能量密度，并经过10,000次折叠测试验证机械稳定性。该技术使8分钟无线充电达到1.3 mW峰值功率，140秒充电支持传感器43分钟连续运行，电荷利用比18.4创纪录，为可穿戴设备提供集成无线供电与储能的创新方案。

　　

具有集成无线充电功能的柔性储能设备为下一代可穿戴电子设备提供了紧凑且便携的电力解决方案。然而，传统的多步骤混合制造工艺常常存在界面能量损失和机械柔韧性受限的问题，这阻碍了设备的无缝集成。在这里，我们提出了一种单步挤出打印技术，该技术使用经过流变学改性的Ti₃C₂ MXene墨水同时打印出互叠的微超级电容器（MSCs）和无线充电线圈。该方法利用剪切对齐的MXene纳米通道构建了双功能模块，实现了51.9%的无线电力传输效率、高面积电容（59.36 mF cm^–2）和高能量密度（26.71 μWh cm^–2），有效解决了传统的界面限制问题。该集成设备具有出色的机械强度，在不同弯曲角度或10,000次折叠循环后仍能保持电容稳定性。仅经过8分钟的无线充电，其峰值功率输出可达1.3 mW，优于现有的平面微超级电容器。值得注意的是，140秒的充电时间即可使湿度传感器和温度传感器连续工作43分钟，创下了高达18.4的充电使用比率的记录。这项研究为无线储能与可穿戴设备的无缝集成开辟了新的范式，为下一代可穿戴电子设备的设计和制造策略提供了重要的启示。