鎢氧化物的相變走向儲能

瞭解鎢氧化從相變走向儲能的工作機制相當重要。超級電容器（Supercapacitors, SCs）和鋰離子電池（Lithium ion batteries, LIBs）是兩種典型的高效儲能設備（efficient energy storage devices, ESDs），電致變色設備（electrochromic devices, ECDs也可以被視為ESDs）。

LIB的工作取決於Li⁺離子在陰極和陽極之間的運動。與偽電容器（pseudo-capacitors）相比，LIB的充放電過程所需的時間通常要長得多，因為氧化還原反應不僅發生在電極的表面，而且還發生在其深層的體積中。

然而，鎢氧化物在迴圈過程中造成結構崩潰和容量快速下降。此外，低電導率導致了不良的速率性能。通過掃描電子顯微鏡（SEM）和過渡電子顯微鏡（TEM）探索的磁控濺射製成的WO₃在最初完全放電（0.01V時）和充電（4.0V時）後的形態和相變，揭示了相變的大體積變化。

WO₃是一種陰極導電材料。它的顏色從無色變為藍色，是由於施加負電壓時離子和電子插入的結果。當施加的電壓變為正值時，這一過程是可逆的。因此，可將ECD視為透明的ESD。也有報導稱，這些顏色的變化是由於離子的插入和提取所引起的帶隙變化而發生的。

如上所述，發現WO₃在ECD中的電化學反應與SC和LIB中的電化學反應相似，這對開發基於WO₃的ESD和ECD的集成器件有很大幫助。這三種器件具有相同的夾層結構。然而，它們不同的工作機制要求對氧化鎢基電極有不同的要求。對於這三種裝置來說，要獲得快速的法拉第反應，氧化鎢電極的大比表面積和良好的電化學傳導性是必要的。

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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