钨氧化物的相变走向储能

了解钨氧化从相变走向储能的工作机制相当重要。超级电容器（Supercapacitors, SCs）和锂离子电池（Lithium ion batteries, LIBs）是两种典型的高效储能设备（efficient energy storage devices, ESDs），电致变色设备（electrochromic devices, ECDs也可以被视为ESDs）。

LIB的工作取决于Li⁺离子在阴极和阳极之间的运动。与伪电容器（pseudo-capacitors）相比，LIB的充放电过程所需的时间通常要长得多，因为氧化还原反应不仅发生在电极的表面，而且还发生在其深层的体积中。

然而，钨氧化物在循环过程中造成结构崩溃和容量快速下降。此外，低电导率导致了不良的速率性能。通过扫描电子显微镜（SEM）和过渡电子显微镜（TEM）探索的磁控溅射制成的WO₃在最初完全放电（0.01V时）和充电（4.0V时）后的形态和相变，揭示了相变的大体积变化。

WO₃是一种阴极导电材料。它的颜色从无色变为蓝色，是由于施加负电压时离子和电子插入的结果。当施加的电压变为正值时，这一过程是可逆的。因此，可将ECD视为透明的ESD。也有报道称，这些颜色的变化是由于离子的插入和提取所引起的带隙变化而发生的。

如上所述，发现WO₃在ECD中的电化学反应与SC和LIB中的电化学反应相似，这对开发基于WO₃的ESD和ECD的集成器件有很大帮助。这三种器件具有相同的夹层结构。然而，它们不同的工作机制要求对氧化钨基电极有不同的要求。对于这三种装置来说，要获得快速的法拉第反应，氧化钨电极的大比表面积和良好的电化学传导性是必要的。

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

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