尽管人口不断增长,并且主要能源需求的增加,但为了抵消全球气候变化,对节能和能够维持的技术的需求是增加优先级。[1,2]由于它们的多样性和多功能性,过渡金属氧化物在能源相关的应用中起着核心作用[3-7],例如锂离子电池,超级电容器,照相和电含量和电载体或电元素或电代理(EC)设备。[8-17]为了稳定氧化物针对不希望的侧反应,可以使用薄的惰性保护层,如所示,例如,用于锂离子蝙蝠中的阴极材料。[18–21] EC设备具有在建筑业节能中发挥关键作用的潜力,该建筑业占欧洲能源征服的42%。[22,23]为此,电铬效应用于所谓的智能窗口。电色素是基于外部电压刺激的光吸收的可逆变化,这会导致(脱)对EC材料中电位的(例如H +,Li +或Na +)的(例如H +,Li +或Na +)的氧化还原反应。结果,材料中发生的着色或漂白过程。通常,EC材料可以分为两种不同类型。一种类型由所谓的阳极EC材料表示,其中离子的去分离会导致着色。其中包括Ni或IR的氧化物。[24]另一种类型是由阴极EC材料表示的。它们在离子插入时表现出着色。典型的代表是MOO 3或WO 3。氧化钨氧化物可以被视为最概述的EC材料,从那以后,它一直受到密集研究。[25–27]其阴极EC机制在离子插入时产生强烈的着色。因此,光态调节从不透明到深蓝色。根据
在不影响储能器件电化学性能的同时,将电致变色等多功能特性集成到储能器件中,可以有效促进器件多功能化的发展。与无机电致变色材料相比,有机材料具有制备简便、成本低、颜色对比度大等显著优势,其中大部分聚合物材料表现出优异的电化学性能,可广泛应用于储能器件的设计和开发。本文重点介绍有机电致变色材料在储能器件中的应用,详细讨论了不同类型有机物的作用机理、电化学性能以及有机电致变色材料在相关器件中的不足之处。
电致变色 (Electrochromic, EC) 是材料的光学属 性 ( 透过率、反射率或吸收率 ) 在外加电场作用下发 生稳定、可逆颜色变化的现象 [1] 。 1961 年 , 美国芝 加哥大学 Platt [2] 提出了 “ 电致变色 ” 的概念。到 1969 年 , 美国科学家 Deb [3] 首次报道了非晶态三氧化钨 (Tungsten Trioxide, WO 3 ) 的电致变色效应。随后 , 人 们开始对电致变色材料进行了广泛而深入的研究。 20 世纪 80 年代 , “ 智能窗 ” 概念提出后 [4] , 由于节能环 保、智能可控等优点 , 形成一波新的电致变色技术研究 热点 [5-10] 。随着研究的深入 , 特别是纳米技术的快速 发展 , 器件性能得到了大幅的提升 ( 图 1(a)) [11-13] , 电 致变色器件 (Electrochromic Device, ECD) 也逐渐实现 了产业化应用。 根据材料种类不同 , 电致变色材料可大致分为 有机电致变色材料和无机电致变色材料。相较而言 , 有机电致变色材料具有变色速度快、柔性好、可加 工性强和颜色变化丰富等优点 , 主要包括导电高分 子、紫罗精类小分子和金属有机螯合物等 [14] 。无机 电致变色材料具有光学对比度高、光学记忆性好和 环境稳定性高等优点 , 主要包括过渡金属氧化物以 及普鲁士蓝等 [15] 。目前 , 电致变色器件的结构主要 为类三明治结构 , 由两个透明导电层中间夹一层电 致变色活性层构成。根据电致变色材料种类不同 , 电致变色活性层可分为整体结构和分层结构。整体 结构是电致变色材料与电解质相互混合为一层 , 这 类结构主要针对紫罗精等小分子有机物。这类器件 在外加电场作用下 , 有机小分子扩散到电极表面或 以电解质中氧化还原剂为媒介发生氧化还原反应而 实现颜色变化 [16] 。分层结构是电致变色材料、电解 质和对电极 ( 或叫离子储存层 ) 依靠界面接触分层 ,
收稿日期: 2019-06-24; 收到修改稿日期: 2019-11-18 基金项目: 国家自然科学基金 (51572284, 51972328, 51903244); 中国科学院青促会人才支持计划 (2018288); 高性能陶瓷和 超微结构国家重点实验室青年基金 (SKL201703); 上海市浦江人才项目 (18PJD051); 安徽省重点研发计划 (1804a09020061) National Natural Science Foundation of China (51572284, 51972328, 51903244); Youth Innovation Promotion Asso- ciation, Chinese Academy of Sciences (2018288); Science Foundation for Youth Scholar of State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructures (SKL201703); Shanghai Pujiang Program (18PJD051); Key Research and Development Plan of Anhui Province (1804a09020061) 作者简介: 贾汉祥 (1993–), 男 , 博士研究生 . E-mail: jiahanxiang@student.sic.ac.cn JIA Hanxiang(1993–), male, PhD candidate. E-mail: jiahanxiang@student.sic.ac.cn 通讯作者: 曹 逊 , 研究员 . E-mail: cxun@mail.sic.ac.cn CAO Xun, professor. E-mail: cxun@mail.sic.ac.cn