以氧化钨为基础的纳米材料构建的电化学能源装置

以氧化钨为基础的纳米材料因其在构建各种电化学能源方面的用途而引起了广泛的关注。特别是，电致变色装置和光学变化装置在节能方面被深入研究。

由华南理工大学研究人员开展的一项研究回顾了氧化钨基纳米结构材料在各种应用中的最新发展，特别是其与超级电容器、锂离子电池、电致变色装置，以及它们的双功能和多功能装置。此外，还有其他应用，如光致变色装置、传感器和氧化钨基材料的光催化剂。

能源的枯竭和环境的恶化已经引起了越来越多的科学和公众的关注。为了减缓资源枯竭的速度，改善我们的生活条件，转向其他可再生能源，包括太阳能、风能和潮汐能。然而在不可控的天气条件下，仅仅从取之不尽的能源中获得可靠和稳定的能源供应显然是具有挑战性的。

因此，这些能量转换系统必须与高能效的储能装置一起使用，以储存转换后的能量。超级电容器和锂离子电池是两类广泛使用的高效储能装置（ESDs）。此外，电致变色装置（ECD）是一种众所周知的高效应用，通过改变透射率来控制阳光强度和穿过它的热量。超级电容器（SC）以其独特的优势，如高功率密度、超长的循环寿命（超过105次）、快速充电速度（几十秒内）和低温下的出色表现，成为一种颇具前景的储能设备。

有两种主要的SCs类型，即电双层电容器和伪电容器。前者的工作原理是电荷在电极和电解质界面上的集中和分散，而后者主要依靠法拉第反应来工作，其双层电容对总电容的贡献相对较小。通常情况下，伪电容的电容比电双层电容的电容要高。锂离子电池（LIB）因其高能量密度而被普遍应用于便携式电子产品和电动汽车。

目前，LIBs的典型阳极材料是石墨，因为它成本低，电化学性能稳定，结构稳定性好。然而，其理论比容量为372 mA h g^-1，随着能源消耗需求的不断扩大，其理论比容量相对较低，从而限制了LIBs的进一步使用。

与此同时，过渡性氧化物材料，如锡氧化物、钴氧化物和钨氧化物，由于其更高的比容量，被认为是取代石墨的潜在替代品。电致变色（EC）材料在施加相对较低的电压（甚至小于1V）或电场时，可以改变其光学参数，包括反射率、折射率、透射率和发射率，并且当电压或电场的极性逆转时，这一过程是可逆的。

由于它们的特殊性质，ECD在智能窗、防眩晕后视镜、显示应用以及航空航天和军事领域受到欢迎。特别是，建筑物的能源消耗占全球能源消耗的40%，当它们被用作智能窗时，由于其对阳光的可调节透射率，可以节省大量的能源。

此外，许多过渡性金属氧化物，如MoO₃、MnO₂和WO₃，可以作为这些器件的电极材料。其中，钨氧化物具有较大的储能能力，使其能够在ESD中发挥电极作用，而且它也是EC领域中研究最广泛的材料。当作为单片机的电极时，由于W的价位可以在+2和+6之间变化，其理论比容量为1112 F g^-1，远远高于通常使用的双层电容器的碳电极材料。

此外，它们还具有其他优点，包括高密度、低成本、环境友好和无毒。在电化学能源领域，Deb在60年代就在氧化钨中发现了第一个电化学现象。钨氧化物因其较短的开关时间、令人印象深刻的颜色变化和电化学稳定性而受到青睐。

钨氧化物在各个领域均具有较大的吸引力，特别是在像LIBs、SCs和电致变色的能量储存方面。基于ESD和ECD之间的联系，基于氧化钨的多功能设备也被广泛探索。此外，太阳能转换系统的整合是实现绿色应用的一个非常有效的方法。尽管在钨氧化物的研究方面已经做了很多努力，但仍有许多挑战需要处理。当钨氧化物被用作ESD的电极时，低的比容量、差的导电性和不满意的循环稳定性仍然需要被改善。

此外，有关基于以氧化钨为基础的纳米材料构建的电化学能源装置的全静电放电的研究仍然很少。当它们被应用于ECD时，它们在近红外领域的性能需要更多的关注。这篇文章中所提及的双功能应用也有弱点，如颜色单一、电压窗口窄、容量低，限制了它们在实际使用中的应用。

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