本研究由巴基斯坦、韩国、瑞典多国科研团队联合完成，聚焦柔性可穿戴储能器件核心材料痛点，构建0D MnO₂纳米颗粒/1D银纳米线/2D MXene三元异质复合体系，制备可直接挤出打印的高稳定导电墨水，依托DIW工艺制备无集流体柔性非对称超级电容器，兼顾高容量、长循环与宽温域使用性能。

行业现存核心痛点

MXene作为柔性打印储能电极核心材料，存在两大难以规避的缺陷，直接限制DIW浆料直写器件的实用化落地：

1. 片层自发堆叠：MXene片层间范德华力极强，浆料静置、打印成型后极易团聚堆叠，大幅减少电解液离子接触活性位点，降低器件容量；

2. 易氧化失效：常温、高温环境下MXene表面钛元素极易氧化生成TiO₂，破坏导电骨架，循环过程中容量快速衰减，多数MXene基器件万次循环容量保持率不足80%；

3. 打印适配性差：纯MXene墨水流变性能差，挤出成型易断丝、铺展变形，必须额外沉积金属集流体提升导电性能，增加打印工序与生产成本。

图：MnO₂@MXene/AgNWs异质结构抗氧化机理示意图，该微观结构可通过DIW浆料直写完整成型

三元复合墨水全套制备工艺拆解

整套浆料制备流程分为基底材料合成、复合改性、墨水调配、浆料预处理四大环节，每一步均适配DIW打印对高固含量、剪切变稀、触变恢复的性能要求：

1. MXene基底制备：采用LiF-HCl温和刻蚀法剥离Ti₃AlC₂ MAX相，离心、超声分层得到少层MXene纳米片，保证片层超薄可分散；

2. MnO₂纳米颗粒合成：共沉淀法制备25nm左右二氧化锰颗粒，具备氧化清除活性，作为片层间隔剂与抗氧化牺牲位点；

3. 银纳米线复合改性：超声共混将1D银纳米线均匀穿插于MXene片层之间，搭建连续导电网络，消除打印电极额外集流体需求；

4. DIW专用墨水调配：复合粉体与PVDF按90:10质量比混合，NMP溶剂配制高固含量浆料，行星离心搅拌完成真空脱泡，消除浆料内部气泡，避免打印挤出断丝、针孔缺陷。

图：三元复合材料FE-SEM、HR-TEM形貌表征，浆料预处理后三元组分均匀分散，适配挤出成型工艺

DIW打印器件成型与电化学性能表现

将调配完成的复合墨水装入打印注射器，搭配22号喷嘴在PET柔性基底上直写梳齿状电极，搭配活性炭负极与PVA-H₂SO₄凝胶电解质组装柔性非对称超级电容器，整套成型流程完全依托DIW浆料直写设备完成，无需后续镀膜工序。

器件核心性能优势：

1. 高面容量：6 mA cm⁻²电流密度下面容量达565.1 mF cm⁻²，面能量密度0.2 mWh cm⁻²；

2. 超长循环稳定：10000次充放电循环后容量保持率98.52%，纯MXene器件仅63.87%；

3. 宽温域适配：10~50℃区间稳定工作，10℃低温容量保留86.14%；

4. 优异柔性：0~90°多次弯折容量衰减极低，适配可穿戴电子设备。

图：打印器件万次循环容量保持率、宽温电化学性能，验证DIW挤出成型电极长期使用稳定性

材料抗氧化机理与DIW设备落地适配

研究结合DFT理论计算验证MnO₂的抗氧化机制：氧气分子会优先吸附在Mn活性位点，Mn充当牺牲氧化中心，主动捕获体系内活性氧，避免MXene的Ti骨架被氧化破坏。同时MnO₂颗粒物理隔离MXene片层，从结构上抑制堆叠，大幅提升电极有效比表面积，BET测试显示复合墨水比表面积可达纯MXene的6.5倍。

从DIW设备应用角度分析，该墨水具备典型剪切变稀、触变恢复特性：高剪切挤出时粘度快速下降流畅出丝，打印完成后粘度迅速回升，图案不会流淌变形，可直接实现高精度梳齿、多孔储能微结构打印，无需二次固化处理。银纳米线构建三维导电通路，打印电极无需金属集流体，简化整套增材制造流程，降低柔性器件制备成本。

科研落地参考价值

该三元MXene导电墨水体系解决了行业两大瓶颈：MXene氧化失效、打印配套集流体依赖。整套浆料制备、挤出成型工艺标准化程度高，可直接移植至DIW浆料直写设备开展柔性微型超级电容器、可穿戴储能贴片相关课题研究。对比传统纯MXene电极，万次循环稳定性提升超30%，高低温环境下性能波动更小，更适配户外、穿戴等复杂使用场景。