还能变色？揭秘氧化钨隐藏属性

距今50多年前，美国密西根大学的Platt教授在1961年发现将材料通电后产生可逆的颜色变化，并将此现象定义成电致变色(Electrochromism)现象。后来在1969年，Deb在美国Cyanamid公司进行三氧化钨(WO₃)研究时，组装了电致变色组件的样品。

严格说起来，电致变色技术真正的诞生通常归因于Deb于1973年发表的创新论文，文中他描述了三氧化钨中的着色机制及电致变色材中发生的氧化还原反应使得材料产生颜色变化。然后根据这些原理开始具体应用，可以使用各种类型的材料和结构来建立电致变色组件。近年来各国针对节能议题都因能源政策或计划执行而投入大量资金发展，相信未来应用此技术所衍生的各式产品将会大量出现在我们的日常生活当中。

目前电致变色技术的应用市场相当广泛，可应用在节能智能窗、汽车天窗及防眩光后视镜、电子纸、电子卷标、太阳能电池、手机摄像头及OLED显示器等，随着电子工业的迅速发展，电致变色玻璃迎来了高速发展期，它将拥有更多的颜色选择以及更加快的变色速度。现市面上的大部分电致变色玻璃窗都是通过向两片玻璃涂抹半透明氧化铟锡或掺氟氧化锡薄膜来使其获得导电性，然后再往其中一片玻璃上涂抹电致变色氧化钨，随后用过一种胶水状电解质将两片玻璃黏着在一起。

电致变色材料主要分为无机材料和有机材料。无机材料可分为金属氧化物及共价键金属错合物。金属氧化物具代表性材料为三氧化钨（WO₃），变色的原理主要是无机材料能量轨域刚好落于可见光区的能量范围之内，所以金属氧化物的价数改变时，刚好可遮蔽可见光区，反射出我们肉眼所见的颜色，有些特别的氧化钨衍生化合物甚至具备氧化还原的双极特性。除了氧化钨之外，常见的共价键金属错合物则属普鲁士蓝(Prussian Blue)，其原理也是在不同价数下的吸收能量改变了材料本身的吸收光谱。

氧化钨这种随机应变的隐藏功能有望被应用于新能源电池领域。近来，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所赵志刚课题组研制出一种高容量、快速充电的电致变色电池。这种电池以氧化钨（W₁₈O₄₉)纳米线和金属铝分别作为正、负极，具有别具特色的新优势：能够和用户建立一个可以通过颜色变化识别容量多少的界面，透明状态时电量为充满状态，颜色逐渐变蓝标志着存储电量开始消耗，颜色最深时代表电量耗尽；此电池可通过加入微量双氧水实现快充（8s内充满），也可以使用传统的外接电源来充电以及利用空气中的氧气实现自充电；电池容量高出同类电池6倍多，这种技术未来会不会被应用于新能源汽车还言之过早，但随着时间的推移，它一定能改变并提升我们周边的的生活细节和品质。

电池作为能量存储器件，在人们的生产和生活中扮演着至关重要的角色。将电池技术与其他先进技术融合，使其在完成能量存储功能的同时赋予其更多新功能，是当今电池研发的前沿和方向之一。电致变色电池是将电池技术与电致变色技术相融合制备的一种新型电池，它拥有独特的颜色变化特性，能够通过自身颜色差异来显示电池容量的多少，在用户和电池之间建立了一种交互界面。然而作为一个新的研究领域，现阶段电致变色电池面临着诸多挑战，其容量、充电时间和循环稳定性能等都不够理想，但毫无疑问的是，研究为电致变色电池的未来发展开辟了一条新的道路，拥有不可限量的市场潜力。

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