以氧化鎢為基礎的納米材料構建的電化學能源裝置

以氧化鎢為基礎的納米材料因其在構建各種電化學能源方面的用途而引起了廣泛的關注。特別是，電致變色裝置和光學變化裝置在節能方面被深入研究。

由華南理工大學研究人員開展的一項研究回顧了氧化鎢基納米結構材料在各種應用中的最新發展，特別是其與超級電容器、鋰離子電池、電致變色裝置，以及它們的雙功能和多功能裝置。此外，還有其他應用，如光致變色裝置、感測器和氧化鎢基材料的光催化劑。

能源的枯竭和環境的惡化已經引起了越來越多的科學和公眾的關注。為了減緩資源枯竭的速度，改善我們的生活條件，轉向其他可再生能源，包括太陽能、風能和潮汐能。然而在不可控的天氣條件下，僅僅從取之不盡的能源中獲得可靠和穩定的能源供應顯然是具有挑戰性的。

因此，這些能量轉換系統必須與高能效的儲能裝置一起使用，以儲存轉換後的能量。超級電容器和鋰離子電池是兩類廣泛使用的高效儲能裝置（ESDs）。此外，電致變色裝置（ECD）是一種眾所周知的高效應用，通過改變透射率來控制陽光強度和穿過它的熱量。超級電容器（SC）以其獨特的優勢，如高功率密度、超長的迴圈壽命（超過105次）、快速充電速度（幾十秒內）和低溫下的出色表現，成為一種頗具前景的儲能設備。

有兩種主要的SCs類型，即電雙層電容器和偽電容器。前者的工作原理是電荷在電極和電解質介面上的集中和分散，而後者主要依靠法拉第反應來工作，其雙層電容對總電容的貢獻相對較小。通常情況下，偽電容的電容比電雙層電容的電容要高。鋰離子電池（LIB）因其高能量密度而被普遍應用於可擕式電子產品和電動汽車。

目前，LIBs的典型陽極材料是石墨，因為它成本低，電化學性能穩定，結構穩定性好。然而，其理論比容量為372 mA h g^-1，隨著能源消耗需求的不斷擴大，其理論比容量相對較低，從而限制了LIBs的進一步使用。

與此同時，過渡性氧化物材料，如錫氧化物、鈷氧化物和鎢氧化物，由於其更高的比容量，被認為是取代石墨的潛在替代品。電致變色（EC）材料在施加相對較低的電壓（甚至小於1V）或電場時，可以改變其光學參數，包括反射率、折射率、透射率和發射率，並且當電壓或電場的極性逆轉時，這一過程是可逆的。

由於它們的特殊性質，ECD在智慧窗、防眩暈後視鏡、顯示應用以及航空航太和軍事領域受到歡迎。特別是，建築物的能源消耗占全球能源消耗的40%，當它們被用作智慧窗時，由於其對陽光的可調節透射率，可以節省大量的能源。

此外，許多過渡性金屬氧化物，如MoO₃、MnO₂和WO₃，可以作為這些器件的電極材料。其中，鎢氧化物具有較大的儲能能力，使其能夠在ESD中發揮電極作用，而且它也是EC領域中研究最廣泛的材料。當作為單片機的電極時，由於W的價位可以在+2和+6之間變化，其理論比容量為1112 F g^-1，遠遠高於通常使用的雙層電容器的碳電極材料。

此外，它們還具有其他優點，包括高密度、低成本、環境友好和無毒。在電化學能源領域，Deb在60年代就在氧化鎢中發現了第一個電化學現象。鎢氧化物因其較短的開關時間、令人印象深刻的顏色變化和電化學穩定性而受到青睞。

鎢氧化物在各個領域均具有較大的吸引力，特別是在像LIBs、SCs和電致變色的能量儲存方面。基於ESD和ECD之間的聯繫，基於氧化鎢的多功能設備也被廣泛探索。此外，太陽能轉換系統的整合是實現綠色應用的一個非常有效的方法。儘管在鎢氧化物的研究方面已經做了很多努力，但仍有許多挑戰需要處理。當鎢氧化物被用作ESD的電極時，低的比容量、差的導電性和不滿意的迴圈穩定性仍然需要被改善。

此外，有關基於以氧化鎢為基礎的納米材料構建的電化學能源裝置的全靜電放電的研究仍然很少。當它們被應用于ECD時，它們在近紅外領域的性能需要更多的關注。這篇文章中所提及的雙功能應用也有弱點，如顏色單一、電壓視窗窄、容量低，限制了它們在實際使用中的應用。

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