基於氧化鎢的電致變色儲能裝置

在電致變色儲能裝置的應用中，提高氧化鎢電極的雙功能性能的方法與提高電致變色性能和儲能性能的方法非常相似：獲得多孔的納米結構、摻雜以及將氧化鎢與其他材料，特別是有機材料整合在一起。多數情況下，這些方法不是單獨採用，而是同時採用兩種或三種方法。

納米結構可以大大促進電極的電化學活動。例如，通過水熱法，He等製造了不同的氧化鎢納米結構，包括納米軸、納米金屬、納米片和納米磚。其中，納米片具有更好的導電性能，包括更寬的光學對比度、更快的開關速度、更高的著色效率，以及由於其活性位點明顯增加而具有更大的面積電容的電容性能，並通過大表面積和多孔結構促進了Li⁺離子的擴散。不久之後，其研究小組通過一步檸檬酸輔助水熱法實現了WO₃-H₂O納米片，不需要在相對較低的90◦C溫度下的籽晶層。

該薄膜在633納米處擁有79.0%的大光調製和43.30 mF cm^-2的高面積電容。當薄膜被完全充電時，其顏色變成藍色。Wang等通過範本輔助溶膠-凝膠法製造了一種介孔WO₃薄膜。與微孔WO₃薄膜相比，它具有更快的開關時間和更高的存儲容量，這是因為介孔WO₃薄膜中的擴散長度減少，暴露的活性點更多。後來，研究人員也通過溶膠-凝膠法制成了摻釹的WO₃介孔陰極薄膜。

在電致變色儲能裝置應用中，結果表明，輕微的Nb摻雜使薄膜具有更寬的光調製範圍，更短的開關速度和更高的電容，因為Nb元素的引入伴隨著O空位的引入，增加了電極的導電性。其他研究報告說，Mo摻雜的WO₃薄膜具有無定形和多孔結構，能夠為快速離子轉移提供更多的通道和氧化還原反應的活性位點。

許多有機材料具有較大的儲能能力和突出的導電性，也是電致變色（Electrochromic, EC）材料的良好候選材料，並且在電壓變化時具有多彩的顏色變化。當無機和有機材料整合在一起時，會出現一些協同效應。作為一種無機材料，氧化鎢具有較高的電化學穩定性和較長的迴圈壽命，但導電性差。當以前的有機材料與其整合時，複合材料的最終性能可以得到改善，單一成分的弱點可以得到削弱。例如，單色顯示問題就可以得到解決。

一個較為流行的整合是加入一種能與鎢氧化鎢形成供體-受體系統的材料，基於三氧化鎢是一種n型半導體。據報導，這種供體-受體對可以有很強的結合力，因此，複合材料的穩定性很強，所以複合材料可能有很長的壽命。另一方面，離子和電子的傳輸也會得到促進。此外，由於有機材料的引入，複合材料的電壓視窗也可以被擴大。許多研究人員已經設計了新的供體-受體對。

Wei等將聚苯胺（polyaniline, PANI）電聚合到氧化鎢的表面，形成納米複合材料。他們觀察到，由於供體-受體系統的存在，與純PANI相比，納米複合材料的CV曲線中的氧化峰電流明顯減少。結果表明，納米複合材料不僅比純鎢氧化鎢薄膜（36.3 cm² C ^-1）和純PANI薄膜（50.0 cm² C ^-1）具有更高的顏色效率（98.4 cm² C ^-1），而且其迴圈性能也更加穩定。此外，該納米複合材料的電位窗口比純PANI更寬。

此外，隨著電壓的變化，複合材料會顯示出紫色、綠色、黃色、灰色，到藍色。其他有機材料也被加入到這個類似的系統中。有研究人員製備了WO₃和聚吲哚-5-羧酸（P5ICA）的複合材料，其中P5ICA是p摻雜的材料，以及WO₃和聚5-甲醯吲哚（P5FIn）的納米複合材料，其中P5FIn作為p摻雜的半導體。這兩種複合電極都顯示出高電容和良好的迴圈穩定性。

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.

• < 前一頁
• 下一個 >