基于氧化钨的储能装置

超级电容器的氧化钨（WO₃）电极材料的理论电容为1112 F.g^-1，作为储能装置的伪电容器的电极材料是颇具前景的，但它也有缺点，如导电性和速率性能差、循环稳定性较弱。主要的改进方法可以分为两部分：获得纳米结构的单相氧化钨和获得由氧化钨与其他材料如碳材料、过渡氧化物和有机材料组成的多相结构。

（图片来源：Han/纳米材料）

单相WO₃纳米结构。通常，纳米结构的材料通过细化材料的尺寸而具有更大的比表面积，这使得它们完全暴露于电解质中。内部的活性材料可以很好地接触到离子和电子，这样就可以加速氧化还原反应。基于WO₃的纳米结构，包括量子点（quantum dots）和纳米颗粒（nano particles）、纳米纤维（nanofibers）、纳米棒（nanorods）、纳米管（nanotubes）、纳米通道（nanochannels）和纳米丝（nanowires）、纳米片（nanoflakes）和纳米板（nanoplates）等等。

研究人员Cong等证明，根据更对称的充放电曲线，WO₃量子点具有更好的可逆性和更出色的速率性能。特别是Yin等制作的WO₃纳米片在10000次循环后可以保持几乎100%的容量保留。Huang等通过水热法得到了具有不同形态的WO₃样品：纳米棒、纳米板和由众多纳米棒组装的微球。其中，仙人掌状的WO₃微球具有更大的比表面积，能获得更低的等效串联电阻（Rs）和出色的循环稳定性，显示出最佳的电容性能。

除了上述的纳米结构，还有其他更复杂、更有趣的由较小的纳米单元组装的形态。例如，在储能装置应用中，Shao等制备了由许多纳米棒组装的飞盘状WO₃-nH₂O微结构。由于这种特殊的微/纳米结构，它在0.5 A g^-1时具有391 F g^-1的高比容量，在10 A g^-1下具有298 F g^-1的良好速率容量。经过2000次充电放电循环，其电容保持率约为100%。此外，通过掺杂Pd，Gupta等将形态从纳米片组装的纯WO₃改变为纳米砖组装的Pd掺杂WO₃，实现了更大的表面积。

（图片来源：Han/纳米材料）

研究人员He等制造了一个特殊的毛球状微球，其中核心是由大量的纳米棒组装而成，外壳是许多其他蓬松的纳米棒连接每个核心，形成了一个多孔的三维结构网络。值得注意的是，当作为SC的电极使用时，即使经过10,000次充放电循环，其初始电容仍保持93.4%。此外，还报道了WO₃三维纳米棒阵列、由众多纳米棒组成的仙人掌状微球层状三维结构及由纳米片组成的WO₃-H₂O花状层状结构，与大多数WO₃相比，性能大大增强。

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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