基於氧化鎢的儲能裝置

超級電容器的氧化鎢（WO₃）電極材料的理論電容為1112 F.g^-1，作為儲能裝置的偽電容器的電極材料是頗具前景的，但它也有缺點，如導電性和速率性能差、迴圈穩定性較弱。主要的改進方法可以分為兩部分：獲得納米結構的單相氧化鎢和獲得由氧化鎢與其他材料如碳材料、過渡氧化物和有機材料組成的多相結構。

單相WO₃納米結構。通常，納米結構的材料通過細化材料的尺寸而具有更大的比表面積，這使得它們完全暴露於電解質中。內部的活性材料可以很好地接觸到離子和電子，這樣就可以加速氧化還原反應。基於WO₃的納米結構，包括量子點（quantum dots）和納米顆粒（nano particles）、納米纖維（nanofibers）、納米棒（nanorods）、納米管（nanotubes）、納米通道（nanochannels）和納米絲（nanowires）、納米片（nanoflakes）和納米板（nanoplates）等等。

（圖片來源：Han/納米材料）

研究人員Cong等證明，根據更對稱的充放電曲線，WO₃量子點具有更好的可逆性和更出色的速率性能。特別是Yin等製作的WO₃納米片在10000次迴圈後可以保持幾乎100%的容量保留。Huang等通過水熱法得到了具有不同形態的WO₃樣品：納米棒、納米板和由眾多納米棒組裝的微球。其中，仙人掌狀的WO₃微球具有更大的比表面積，能獲得更低的等效串聯電阻（Rs）和出色的迴圈穩定性，顯示出最佳的電容性能。

除了上述的納米結構，還有其他更複雜、更有趣的由較小的納米單元組裝的形態。例如，在儲能裝置應用中，Shao等製備了由許多納米棒組裝的飛盤狀WO₃-nH₂O微結構。由於這種特殊的微/納米結構，它在0.5 A g^-1時具有391 F g^-1的高比容量，在10 A g^-1下具有298 F g^-1的良好速率容量。經過2000次充電放電迴圈，其電容保持率約為100%。此外，通過摻雜Pd，Gupta等將形態從納米片組裝的純WO₃改變為納米磚組裝的Pd摻雜WO₃，實現了更大的表面積。

研究人員He等製造了一個特殊的毛球狀微球，其中核心是由大量的納米棒組裝而成，外殼是許多其他蓬鬆的納米棒連接每個核心，形成了一個多孔的三維結構網路。值得注意的是，當作為SC的電極使用時，即使經過10,000次充放電迴圈，其初始電容仍保持93.4%。此外，還報導了WO₃三維納米棒陣列、由眾多納米棒組成的仙人掌狀微球層狀三維結構及由納米片組成的WO₃-H₂O花狀層狀結構，與大多數WO₃相比，性能大大增強。

（圖片來源：Han/納米材料）

參考文獻：Han W, Shi Q, Hu R. Advances in electrochemical energy devices constructed with tungsten oxide-based nanomaterials[J].《納米材料》, 2021, 11(3): 692.

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