Investigation on Inkjet printed LFP-C/Ti3C2 MXene electrodes for rechargeable Li-ion battery

The rising interest in flexible and portable electronics has led to the development of flexible batteries which can be implemented as wearable electronics, smart card, and medical equipment. In this research, an inkjet printing process was applied to explore a unique anode and cathode (Ti3C2 MXene and carbon-coated lithium iron phosphate LFP-C, respectively) coupling that could be potentially of interest for wearable electronics considering properties of conductivity and energy storage. Ti3C2 MXene was synthesized through etching and delamination process whereas LFP-C was obtained through carbonization of commercial lithium iron phosphate (LFP) powder mixed with polydopamine. To print the aforementioned electrodes, several inks were formulated as aqueous dispersions and characterized accordingly. The flatbed Inkjet printer BREVA iJet2L was used to print anodic and cathodic materials in multiple layers. Selection of an optimal electrolyte for LFP-C/Ti3C2 MXene electrode couple was made succeeded by electrochemical analysis performed in various cell configurations. The results showed that the performance of electrodes is inversely related to the number of layers in which they are printed as well as the size of material particles.

Il crescente interesse per l'elettronica flessibile e portatile ha portato allo sviluppo di batterie flessibili che possono essere implementate come dispositivi elettronici indossabili, smart card e apparecchiature mediche. In questa ricerca, è stato applicato un processo di stampa a getto d'inchiostro per esplorare un accoppiamento unico tra anodo e catodo (Ti3C2 Mxene e fosfato di ferro e litio rivestito di carbonio LFP-C, rispettivamente) che potrebbe essere potenzialmente di interesse per l'elettronica indossabile considerando le proprietà di conduttività e accumulo di energia . Ti3C2 MXene è stato sintetizzato attraverso il processo di incisione e delaminazione mentre LFP-C è stato ottenuto attraverso la carbonizzazione di polvere commerciale di fosfato di ferro di litio (LFP) miscelata con polidopamina. Per stampare i suddetti elettrodi, diversi inchiostri sono stati formulati come dispersioni acquose e caratterizzati di conseguenza. La stampante a getto d'inchiostro flatbed BREVA iJet2L è stata utilizzata per stampare materiali anodici e catodici in più strati. La selezione di un elettrolita ottimale per la coppia di elettrodi MXene LFP-C/Ti3C2 è stata effettuata mediante analisi elettrochimiche eseguite in varie configurazioni di celle. I risultati hanno mostrato che le prestazioni degli elettrodi sono inversamente correlate al numero di strati in cui sono stampati e alla dimensione delle particelle di materiale.