北京航空航天大學JMCA封面：快速自充電和溫度自適應電致變色儲能器件

【背景介紹】

電致變色是指材料的光學屬性在交替變化外電場的作用下，通過注入或抽取電荷（離子或電子）而發生可逆的變化，這一特點使其在節能與儲能領域一直發揮著重要作用。然而電致變色儲能器件仍然面臨的一個巨大挑戰是在高溫或低溫環境下的性能下降以及在缺少電網的惡劣的環境中設備的充電問題。2019年北京航空航天大學鐘曉嵐副教授和刁訓剛教授(共同通訊作者)團隊在【Nano Energy?62, 46-54 (2019)】報道了通過無機層的協同作用實現了20℃~75℃較大工作溫度范圍的全無機智能電致變色器件，設備具有出色的高溫適應性，但是在低溫方面的研究仍有待深入，設計并制備適用于多種環境的快速自充電電致變色儲能器件是十分重要的。這對未來高性能、低碳、環保的智能儲能器件的應用具有重要的研究價值。

【成果簡介】

近日，北京航空航天大學鐘曉嵐副教授團隊持續之前的研究工作，報道了一種基于聚苯胺的溫度自適應自充電電致變色儲能設備。其中金屬鋅箔作為陽極，有機電致變色材料聚苯胺（PANI）作為陰極，鹽包水氯化鋅水凝膠作為電解質。該電致變色儲能器件（ECESD）能夠通過顏色反應出電池的儲能狀態，同時顯示出優異的溫度適應性，能夠承受較大的工作溫度范圍（-25℃~50℃），實現了低溫和高溫下器件的穩定工作。令人印象深刻的是ECESD還具有快速的自充電能力，完全耗盡電量的ECESD可在10分鐘內充電至原始容量的82%，遠快于許多已經報道的電致變色自充電電池。即使在低溫和高溫條件下，ECESD仍具有快速的自充電能力。該研究為開發適用于偏遠地區寒冷和高溫的儲能設備提供了一種新方法。為電致變色能源提供了一種綠色、便捷、經濟、環保的快速充電策略，并有效結合多種智能特性，推動智能儲能器件的發展。相關研究成果以題為“A fast self-charging and temperature adaptive?electrochromic energy storage device”作為封面文章發表在國際知名期刊《Journal of?Materials Chemistry A》，北京航空航天大學物理學院的研究生汪月為第一作者。

【圖文導讀】

圖1：PANI電致變色儲能器件光學性能與快速自充電性能表征

圖2：器件的儲能性能、電化學性能及柔性性能測試

圖3. ?PANI電致變色儲能器件在-25℃-50℃寬溫區的電化學特性及壽命表征

【總結和展望】

本文展示了具有快速自充電和自適應能力的電致變色儲能器件。該一體化裝置表現出顯著的電致變色和電化學性能，具有很高的開路電位（1.4 V），并在不同電位下顯示出明顯的顏色變化。ECESD具有快速自充電的性能，能量完全耗盡后，在空氣中自充電10分鐘即可恢復到原來容量的82.02%。此外，ECESD還具有柔韌性和優異的環境適應性，能夠在逐漸變化的溫度（-?25℃~50℃）下工作。 該工作為電致變色儲能器件提供了一種超快速充電方法，并為在惡劣環境下具有高性能和穩定性的多功能電致變色器件提供了新的思路。

【文獻鏈接]

[1] Y. Wang, X. Zhong, X. Liu, Z. Lu, Y. Su, M. Wang, and X. Diao, A Fast Self-Charging and Temperature Adaptive Electrochromic Energy Storage Device, J. Mater. Chem. A?10, 3944-3952 (2022).

[2]?L. Liu, K. Du, Z. He, T. Wang, X. Zhong, T. Ma, J. Yang, Y. He, G. Dong, S. Wang, and X. Diao, High-Temperature Adaptive and Robust Ultra-Thin Inorganic All-Solid-State Smart Electrochromic Energy Storage Devices, Nano Energy 62, 46-54 (2019).

【原文鏈接】

https://doi.org/10.1039/D1TA10726G

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.04.079