在全球能源需求持續(xù)增長與化石燃料資源日益枯竭的背景下，探索高效節(jié)能與儲能技術(shù)成為了推動可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。電致變色儲能器件（EESD）作為集節(jié)能與儲能於一體的創(chuàng)新技術(shù)，正逐步展現(xiàn)其巨大潛力。這種多功能器件不僅能夠根據(jù)環(huán)境需求動態(tài)調(diào)節(jié)光熱，還能實現(xiàn)能量的回收與視覺化監(jiān)測，廣泛應用于智慧建築、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。
中鎢線上氧化鎢圖片
廈門大學研究者在電致變色儲能器件領(lǐng)域取得了突破性進展，他們通過精細調(diào)控非晶氧化鎢薄膜中的結(jié)構(gòu)水含量以及水系鋅離子電解質(zhì)的pH值，成功製備出了性能卓越的非晶水合氧化鎢薄膜。這一創(chuàng)新不僅克服了傳統(tǒng)氧化鎢材料在水系鋅離子電解質(zhì)中面臨的離子擴散緩慢和腐蝕問題，還顯著提升了器件的光調(diào)製範圍、回應速度、容量及迴圈穩(wěn)定性。
研究表明，a-WO3·0.5H2O薄膜在pH值為2.6的鋅離子電解液中，展現(xiàn)出了高達69.0%的光調(diào)製範圍、小於10秒的回應時間、209.8mAh/m2的高面容量以及超過13000次的迴圈穩(wěn)定性、優(yōu)異的倍率性能，這些指標均達到了行業(yè)領(lǐng)先水準。此外，a-WO3·0.5H2O薄膜在充放電迴圈中，其電量狀態(tài)與633nm光波透過率展現(xiàn)出卓越的同步性，這一特性為實現(xiàn)電量狀態(tài)的視覺化即時監(jiān)測奠定了堅實基礎(chǔ)。
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這項研究的成功，關(guān)鍵在於引入了結(jié)構(gòu)水並調(diào)節(jié)了電解質(zhì)的pH值。結(jié)構(gòu)水的存在為薄膜提供了豐富的電化學活性位點，促進了表面氧化還原反應的進行，從而實現(xiàn)了高電化學活性和快速的電化學動力學。同時，適宜的pH值保證了薄膜的化學穩(wěn)定性，防止了離子深層嵌入導致的結(jié)構(gòu)破壞，進一步提升了迴圈穩(wěn)定性。
基於這一成果，構(gòu)建的水系鋅離子電致變色儲能器件不僅實現(xiàn)了能量的高效存儲與回收，還能通過光透過率的變化即時監(jiān)測電量狀態(tài)，為使用者提供了極大的便利。該研究成果以“Amorphous Hydrated Tungsten Oxides with Enhanced Pseudocapacitive Contribution for Aqueous Zinc-Ion Electrochromic Energy Storage”為題發(fā)表在國際期刊Advanced Energy Materials上。
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