普魯士藍(lán)-Zn基變色/儲能多功能器件的研究

  電致變色玻璃是一類在外加電場作用下可以穩(wěn)定、往復(fù)改變光學(xué)性能的下一代智能玻璃。由于賦予了玻璃可調(diào)節(jié)的光學(xué)性能，電致變色玻璃有望為眾多應(yīng)用場景中帶來革命性進步。近期，基于電致變色玻璃的無級變色玻璃和自隱式攝像頭分別成功應(yīng)用于京張智能高鐵與一加Concept One概念機，大幅提升了安裝設(shè)備的智能性與功能性。目前，電致變色玻璃普遍采用濺射法制備的5層或7層膜系結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)所需資金、設(shè)備、技術(shù)和生產(chǎn)成本要求都很高。因此，如何通過創(chuàng)新途徑降低電致變色玻璃成本，甚至開發(fā)出開發(fā)具有更多功能性的電致變色玻璃產(chǎn)品，是電致變色玻璃更大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

  從電化學(xué)原理角度來講，電致變色器件和電池、超級電容器具有相同的三明治結(jié)構(gòu)和工作原理。因此，通過電致變色技術(shù)與電池/超級電容器技術(shù)的融合設(shè)計，有望進一步優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，開發(fā)出兼具變色和儲能特性的多功能器件。這類多功能器件可以通過顏色變化方式直觀顯示儲電量，也可以通過外加電場靈活調(diào)節(jié)透光率，并將玻璃轉(zhuǎn)變成為儲能電池，在節(jié)能建筑、智能窗口、節(jié)能顯示、可調(diào)光鏡面等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在研究人員不懈 努力下，近年來對于這類多功能器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作原理不斷取得研究進展，但器件的平均工作電壓（一般< 0.8 V）和能量密度仍然有待提高。

  圖1是普魯士藍(lán)（PB，Fe4III [FeII(CN)6]3）/Zn電致變色智能窗工作原理示意圖，在放電過程中，普魯士藍(lán)正極涂層通過K+和e-共插入反應(yīng)還原為無色透明的普魯士白（PW）。同時，Zn負(fù)極失去e-發(fā)生電化學(xué)剝離，以Zn2+形式進入電解液中，用以補償正極反應(yīng)消耗的K+和e-。在充電過程中，PW涂層釋放出K+和e-再次氧化成PB，而電解液中Zn2+在外電場作用下被再次電鍍到Zn負(fù)極表面，從而完成一個顏色變化周期（也即一個充放電過程）。該器件的工作原理與二次鋅離子電池基本相同。

  圖2a-b)顯示器件的透過率隨著放電電壓的降低而逐漸增加，器件在褪色前后的透光率變化高達(dá)84.9％（波長633 nm處），對應(yīng)于圖1a中的褪色（放電）反應(yīng)。圖2c-d顯示在外部電壓脈沖刺激下，器件出現(xiàn)明顯的電流和透光率響應(yīng)，說明變色反應(yīng)伴隨有**的電荷存儲過程，器件褪色和著色切換速度分別為4.1 s和4.6 s。圖2e為器件在10小時開路狀態(tài)下的透光率變化曲線（633 nm處）。在透明態(tài)時，透過率在1 h和10 h后僅降低4.4％和12.9％；在著色態(tài)時，透光率在10 h內(nèi)幾乎沒有變化；說明該器件在開路條件下保色性好，可以在斷電條件下保持較為恒定的光學(xué)性能。圖2h顯示了器件在透明和著色狀態(tài)下的開路電壓變化，放置10小時后器件開路電壓分別為1.16V和1.28 V，自放電造成的電量損失很小。

  圖3a中氧化還原峰證明K+在普魯士藍(lán)正極中發(fā)生了嵌入/脫嵌反應(yīng)。在20 mVs-1掃描速率對器件進行2000次循環(huán)伏安測試發(fā)現(xiàn)（圖3b），器件僅在前500個循環(huán)容量稍有衰減，在以后的2000次循環(huán)中容量保持穩(wěn)定，證明器件具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性。圖3(c-d)顯示了器件在0.07-3.5 A m-2的電流密度范圍內(nèi)的恒電流充放電（GCD）曲線和倍率特性，可見器件充放電平臺穩(wěn)定、電壓極化小、倍率性能較好。圖3e為器件的2000次恒電流充放電測試結(jié)果，循環(huán)后的器件剩余約75％的初始容量（從62.7到46.7 mAh m-2），并保有**的電致變色能力（在633 nm處透過率調(diào)制能力 = 78.7％，圖3f-g），再次證實了器件良好的循環(huán)穩(wěn)定性。圖3h-i顯示，兩個串,的PB/Zn器件的開路電壓可達(dá)2.84V，能輕松點亮一支紅色的商用LED，表明其具有作為二次電池使用的潛力。

  圖4證明低鋅離子濃度電解液不僅可以同時穩(wěn)定鋅負(fù)極和普魯士藍(lán)正極，而高鋅離子濃度電解液中器件的性能衰減主要由普魯士藍(lán)正極中缺陷濃度增加有關(guān)。

  作者通過電致變色玻璃與水系鋅離子電池融合設(shè)計理念，全面優(yōu)化設(shè)計了電極、電解液材料以及器件的化學(xué)反應(yīng)路徑，開發(fā)了長壽命、高輸出電壓的電致變色-儲能一體化多功能器件。該裝置不僅可通過調(diào)節(jié)可見光透過率提升建筑物的節(jié)能性與居住舒適度，而且具有**的儲能能力，可以用作備用電源或智能電網(wǎng)組建，提高建筑物-新能源發(fā)電系統(tǒng)的集成度。這種多功能器件的設(shè)計概念對于下一代電致變色窗的開發(fā)具有一定的啟示意義。

（文章來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除）

西安齊岳生物科技有限公司是一家**從事糖產(chǎn)品、科研試劑、多肽、普魯士藍(lán)、石墨烯、石墨炔(graphyne)發(fā)光材料、金屬配合物發(fā)光材料、光電材料、MAX相陶瓷，碳納米管、原料藥、納米材料、鈣鈦礦、脂質(zhì)體、合成磷脂的研發(fā)、定制合成、生產(chǎn)和銷售的**高科技生物科技有限公司。

齊岳供應(yīng)定制產(chǎn)品：

普魯士藍(lán)/PDDA-石墨烯復(fù)合膜    

普魯士藍(lán)/N-摻雜碳納米復(fù)合材料    

普魯士藍(lán)(PB)納米催化劑顆粒    

普魯士藍(lán)(PB)-多壁碳納米管復(fù)合材料(MWCNTs)    

普魯士藍(lán)– 碳納米管– 納米金復(fù)合物(PB–CNTs–CNPs)    

納米銅基和普魯士藍(lán)功能碳纖維復(fù)合材料    

納米球聚苯胺普魯士藍(lán)復(fù)合材料    

納米普魯士藍(lán)修飾天然多孔吸附材料    

納米金包裹的普魯士藍(lán)納米粒子(Au@PBNPs)    

納米金/聚多巴胺/普魯士藍(lán)納米復(fù)合粒子    

納米金/聚多巴胺/普魯士藍(lán)/四氧化三鐵(Au-Dopa-PB-Fe3O4)    

納米金/多孔還原氧化石墨烯材料    

膜狀普魯士藍(lán)類配合物納米材料    

殼聚糖-普魯士藍(lán)-石墨烯(CS-PB-GR)復(fù)合物    

殼聚糖/普魯士藍(lán)/石墨烯的納米復(fù)合物(CS-PB-GR)    

聚吡咯-石墨烯-普魯士藍(lán)納米復(fù)合材料    

聚吡咯/普魯士藍(lán)復(fù)合材料    

聚苯胺-MnFe類普魯士藍(lán)復(fù)合材料    

聚苯胺/普魯士藍(lán)納米復(fù)合材料PANI-PB,    

金-普魯士藍(lán)納米復(fù)合材料(Au-PB)    

金納米粒子-碳納米管-普魯士藍(lán)(Au NPs-MWCNT-PB)復(fù)合材料    

金/聚吡咯/普魯士藍(lán)納米復(fù)合材料    

核殼型Mn/Fe類普魯士藍(lán)材料    

鈷鐵普魯士藍(lán)類配合物(Co-Fe PBA)    

負(fù)載普魯士藍(lán)納米晶的石墨烯復(fù)合材料    

負(fù)載多肽的普魯士藍(lán)納米顆粒    

分子合金類普魯士藍(lán)配合物    

二氧化硅包裹的類普魯士藍(lán)納米顆粒    

多孔鐵基普魯士藍(lán)衍生材料    

多孔普魯士藍(lán)/金復(fù)合材料    

多孔殼聚糖-普魯士藍(lán)-碳納米管(3DOM Cs–PB–CNTs)    

多金屬普魯士藍(lán)類配合物Ni0.75Cu0.75[Fe(CN)6]·6.3H2O    

電化學(xué)摻銅-類普魯士藍(lán)膜    

磁性普魯士藍(lán)/氧化石墨烯藻酸鈣微球    

磁性普魯士藍(lán)/納米碳復(fù)合材料    

磁性鋯普魯士藍(lán)納米顆粒(ZrHCF@MNPs)    

鉑納米粒子金納米粒子普魯士藍(lán)復(fù)合材料碳納米管    

鉑/普魯士藍(lán)(Pt/PB)復(fù)合納米線    

靶向性普魯士藍(lán)納米粒子    

氨基化二氧化硅包裹的多孔普魯士藍(lán)納米顆粒    

氨基苝四甲酸/普魯士藍(lán)/氧化石墨烯納米復(fù)合物    

SiO2/普魯士藍(lán)納米復(fù)合微球    

Rb摻雜Co-Fe類普魯士藍(lán)納米材料    

PDDA包裹的普魯士藍(lán)納米粒子    

Ni-Fe(Ⅱ)普魯士藍(lán)/碳納米管海綿    

Ni-Co普魯士藍(lán)類似物(Ni-Co PBA)    

NaKCoFe普魯士藍(lán)類配合物納米顆粒    

MnFe普魯士藍(lán)類似物(MnFe PBA)    

Mn-Cr普魯士藍(lán)類納米材料    

FeFe(CN)_6@IG復(fù)合材料    

Fe-Co普魯士藍(lán)類似物(Fe-CoPBA),    

Co-Fe普魯士藍(lán)類配合物納米顆粒    

Co-Fe普魯士藍(lán)類配合物AxCoy[Fe(CN)6]·nH2O    

CoFe(Ⅲ)普魯士藍(lán)類配合物/貴金屬Pt復(fù)合材料    

Co(Ⅱ)Fe(Ⅲ)普魯士藍(lán)類配合物    

CNTs/ZrO2/普魯士藍(lán)(PB)/Nafion(Nf)復(fù)合膜    

聚多巴胺包裹普魯士藍(lán)載銀納米復(fù)合材料    

聚乙二醇苯硼酸包裹普魯士藍(lán)    

PB和聚吡咯包裹的普魯士藍(lán)復(fù)合納米粒子(PBPPy)    

三維石墨烯包裹的普魯士藍(lán)復(fù)合物    

MOF199包裹的普魯士藍(lán)復(fù)合材料    

聚乙二醇化包裹普魯士藍(lán)的磁性載藥納米顆粒    

聚吡咯包裹普魯士藍(lán)納米粒子    

金-聚吡咯/普魯士藍(lán)多重納米復(fù)合物    

碘摻雜石墨烯包裹的分級孔普魯士藍(lán)納米球    

Ce6嵌入型紅細(xì)胞膜包裹普魯士藍(lán)納米顆粒    

聚乙烯亞胺修飾載光敏劑普魯士藍(lán)磁性納米顆粒    

碳包覆鐵基普魯士藍(lán)    

聚苯胺/普魯士藍(lán)微米復(fù)合材料    

普魯士藍(lán)(PB)衍生物磁性氮摻雜石墨烯包裹的Fe催化劑(Fe@NC)    

不銹鋼基底表面原位生長普魯士藍(lán)納米粒子    

表面修飾納米金包裹的普魯士藍(lán)納米粒子(Au@PBNPs)    

TPZ包載在普魯士藍(lán)中    

氧化石墨烯(GO)-普魯士藍(lán)(PB)-PTCNH2納米復(fù)合材料    

煅燒摻雜型Fe-Co普魯士藍(lán)類似物(FeyCo1-y-Co PBA)    

zl 05.13