Per affrontare queste sfide, i ricercatori hanno esplorato varie strategie per progettare inchiostri basati su materiali 2D stampabili in 3D. Un approccio comune prevede la funzionalizzazione dei materiali 2D con ligandi o polimeri adatti per migliorarne la dispersione e la stabilità nei solventi. Ad esempio, l’ossido di grafene (GO) può essere funzionalizzato con gruppi contenenti ossigeno per formare dispersioni GO che possono essere utilizzate direttamente per la stampa 3D. Allo stesso modo, i TMD possono essere funzionalizzati con ligandi organici per migliorare la loro compatibilità con i solventi e prevenire l'agglomerazione.
Un’altra strategia per lo sviluppo di inchiostri basati su materiali 2D stampabili in 3D consiste nell’utilizzare materiali compositi. In questo approccio, i materiali 2D vengono combinati con altri materiali, come polimeri, metalli o ceramica, per creare inchiostri compositi con stampabilità e prestazioni migliorate. Ad esempio, i compositi grafene-polimero hanno mostrato risultati promettenti per la stampa 3D di strutture conduttive e multifunzionali.
In termini di applicazioni di accumulo di energia, gli inchiostri basati su materiali 2D stampabili in 3D offrono numerosi vantaggi. Innanzitutto, questi inchiostri possono essere utilizzati per fabbricare elettrodi ad elevata superficie con architetture su misura, che possono migliorare le prestazioni elettrochimiche dei dispositivi di accumulo dell’energia. In secondo luogo, la capacità di controllare con precisione la composizione e la deposizione dell’inchiostro consente di ottimizzare le proprietà degli elettrodi, come porosità, conduttività e resistenza meccanica. In terzo luogo, la stampa 3D consente la fabbricazione di strutture di elettrodi complesse, come elettrodi interdigitati o architetture gerarchiche, che possono migliorare ulteriormente le prestazioni di accumulo di energia.
Nel complesso, gli inchiostri basati su materiali 2D stampabili in 3D hanno un grande potenziale per far avanzare lo sviluppo di dispositivi di accumulo di energia ad alte prestazioni. Questi inchiostri consentono la fabbricazione di strutture di elettrodi complesse con proprietà personalizzate, che possono migliorare significativamente la capacità di accumulo di energia, la densità di potenza e la stabilità ciclica di batterie, supercondensatori e altri dispositivi elettrochimici.
