北京航空航天大学JMCA封面：快速自充电和温度自适应电致变色储能器件

【背景介绍】

电致变色是指材料的光学属性在交替变化外电场的作用下，通过注入或抽取电荷（离子或电子）而发生可逆的变化，这一特点使其在节能与储能领域一直发挥着重要作用。然而电致变色储能器件仍然面临的一个巨大挑战是在高温或低温环境下的性能下降以及在缺少电网的恶劣的环境中设备的充电问题。2019年北京航空航天大学钟晓岚副教授和刁训刚教授(共同通讯作者)团队在【Nano Energy 62, 46-54 (2019)】报道了通过无机层的协同作用实现了20℃~75℃较大工作温度范围的全无机智能电致变色器件，设备具有出色的高温适应性，但是在低温方面的研究仍有待深入，设计并制备适用于多种环境的快速自充电电致变色储能器件是十分重要的。这对未来高性能、低碳、环保的智能储能器件的应用具有重要的研究价值。

【成果简介】

近日，北京航空航天大学钟晓岚副教授团队持续之前的研究工作，报道了一种基于聚苯胺的温度自适应自充电电致变色储能设备。其中金属锌箔作为阳极，有机电致变色材料聚苯胺（PANI）作为阴极，盐包水氯化锌水凝胶作为电解质。该电致变色储能器件（ECESD）能够通过颜色反应出电池的储能状态，同时显示出优异的温度适应性，能够承受较大的工作温度范围（-25℃~50℃），实现了低温和高温下器件的稳定工作。令人印象深刻的是ECESD还具有快速的自充电能力，完全耗尽电量的ECESD可在10分钟内充电至原始容量的82%，远快于许多已经报道的电致变色自充电电池。即使在低温和高温条件下，ECESD仍具有快速的自充电能力。该研究为开发适用于偏远地区寒冷和高温的储能设备提供了一种新方法。为电致变色能源提供了一种绿色、便捷、经济、环保的快速充电策略，并有效结合多种智能特性，推动智能储能器件的发展。相关研究成果以题为“A fast self-charging and temperature adaptive electrochromic energy storage device”作为封面文章发表在国际知名期刊《Journal of Materials Chemistry A》，北京航空航天大学物理学院的研究生汪月为第一作者。

【图文导读】

图1：PANI电致变色储能器件光学性能与快速自充电性能表征

图2：器件的储能性能、电化学性能及柔性性能测试

图3.  PANI电致变色储能器件在-25℃-50℃宽温区的电化学特性及寿命表征

【总结和展望】

本文展示了具有快速自充电和自适应能力的电致变色储能器件。该一体化装置表现出显著的电致变色和电化学性能，具有很高的开路电位（1.4 V），并在不同电位下显示出明显的颜色变化。ECESD具有快速自充电的性能，能量完全耗尽后，在空气中自充电10分钟即可恢复到原来容量的82.02%。此外，ECESD还具有柔韧性和优异的环境适应性，能够在逐渐变化的温度（-‍25℃~50℃）下工作。 该工作为电致变色储能器件提供了一种超快速充电方法，并为在恶劣环境下具有高性能和稳定性的多功能电致变色器件提供了新的思路。

【文献链接]

[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).

【原文链接】

https://doi.org/10.1039/D1TA10726G

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