在低温下保持快速充电能力对超级电容器来说是一个重大挑战。传统多孔碳电极由于离子和电荷传输缓慢，其性能往往随着温度的降低而迅速下降。

有鉴于此，加利福尼亚大学Yat Li教授和Jennifer Q. Lu等人，通过化学方法和直接墨水书写技术的独特结合，制造了3D打印的多尺度多孔碳气凝胶（3D-MCA）。

本文要点

1）使用基于纤维素纳米晶体(CNC)的墨水，通过直接墨水书写(DIW)方法制备了高比表面积的3D打印多尺度多孔碳气凝胶。源自植物纤维素的CNCs由于其高丰度和在水溶液中的独特性能而成为3D打印的有前途的材料。

2）首先，纤维素分子上的丰富羟基（每个单元六个）在纤维素内和与水形成强氢键。纤维素基质可以在水溶液中实现98％的高保水率。其次，极负的ζ电位（约-60 mV）使纳米纤维素可以用作表面活性剂，以帮助其他各种材料分散在其中。第三，纳米纤维素的杨氏模量高达150 GPa，有助于纳米纤维素干燥后保持其结构。

3）3D-MCA具有开放的多孔结构，其表面积约为1750 m² g^-1。在−70°C时，对称器件在5 mV s^-1时的电容达到了148.6 F g^-1。值得注意的是，在200 mV s^-1的高扫描速率下，它保持了71.4 F g^-1的电容，这是非3D打印MCA的6.5倍。这些数值是低温超级电容器报告的最佳结果之一。这些结果突显了开放式多孔结构在保持超低温下的电容性能方面的重要作用。

参考文献：

Bin Yao et al. Printing Porous Carbon Aerogels for Low Temperature Supercapacitors. Nano Lett., 2021.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04780

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04780