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由Li 4 Ti 5 O 12负极实现的高性能电致变色水系Discover蓄电池：桥接电致变色与高效能量存储
电致变色水系电池（EABs）在节能修建和具有可见能量等级的可穿戴体系等不同领域展现出巨大的潜力。但是，因为电极氧化复原电位的失配以及电致变色资料与水系电解质的不兼容性，现在的EABs往往表现出不理想的电致变色行为和较差的储能功用。在此，咱们初次报导了Li 4 Ti 5 O 12（LTO）作为高效EAB负极的应用，它在富含蔗糖的铵离子基电解质中表现出低氧化复原电位和稳定的循环功用。以普鲁士蓝（PB）为正极，该互补型EAB不只显示出优异的电致变色目标，如长循环稳定性（10,000次循环）、高光学对比度（73.3%）、大尺度均匀上色（10 cm × 10 cm）和快速切换速度（上色/褪色分别为5.99 s/1.87 s），还表现出杰出的电池特性，如高能量密度/功率密度（63.21 mWh m⁻²/1042 mW m⁻²）、高能量功率（74.86%）和高均匀电压（1.04 V）。机理研究标明，互补结构以及NH 4+离子与稳固电极之间的可逆相互作用赋予了其卓越的电致变色功用。杰出的储能行为可归因于LTO与PB之间较大的氧化复原电位差以及富含蔗糖的电解质在高电压下的稳定性。这项作业为开发h建立了一种规划范式。
图文摘要
如今，修建物的运转能耗约占全球动力消耗的30%至40%。作为室内外环境的分界线，玻璃窗在下降修建物内部光照和热量调理的动力成本方面发挥着重要作用[1]。Electrochromic energy storage windows（EESWs）在这方面展现出巨大的潜力，因为它们的光学和热透过率可以经过类似于电池电极充放电过程的氧化复原反响机制进行动态且可逆地控制[2]。因此，EESWs不只可以下降修建物的能耗，还能像电池相同为电子设备供电[3,4]。这种两层功用使得EESW关于下一代节能修建极具吸引力。
根据水系电解质的EESWs，即电致变色水系电池（EABs），因其具有高离子电导率、不可燃性、低毒性、低成本和环境友好等独特优势，近年来受到了广泛关注[5]。因为锌具有稳定且较低的氧化复原电位（−0.7618 V vs SHE），它已被广泛用作EABs中的负极，以完成低运转能耗和高能量存储[6,7]。得益于较大的电极电位差，在一种根据普鲁士蓝（PB）/锌网的器材中，已完成了高达78%的能量功率以及50 mWh cm⁻²的高能量密度。但是，因为锌负极的自发溶解以及循环过程中枝晶的构成，根据锌负极的EABs一般表现出较差的循环稳定性（<1000次循环）[8,9]。更重要的是，因为锌结构电极导致的不均匀电场散布，大多数根据锌的电致变色器材无法在大面积上完成均匀上色，这严峻约束了它们作为大面积EESWs的商业化应用[10]。
互补型EAB架构选用阳极/阴极电致变色对，因为其具有协同颜色变化和均匀电场散布等优势，有望完成大面积高对比度的电致变色功用。此外，用传统锌阳极替代可消除Zn基体系固有的枝晶构成和金属溶解问题[11,12]。遗憾的是，传统的阴极电致变色资料如WO 3在酸性水性环境中会因溶解而明显降解，仅能保持数百个循环周期[13,14]。尽管开发了比如Nb 18 W 16 O 93 [11]以及WO 3与TiO 2的合金[15]等新型电致变色资料以进步在水系电解质中的循环稳定性，但它们与常用阴极资料之间有限的氧化复原电位差严峻约束了其能量存储能力。例如，Ti-WO 3 /PB器材表现出令人失望的低能量密度（15.96 mWh m −2），且大部分输入能量在放电过程中无法有用回收。为了一起完成高功用电致变色和高效能量存储，迫切需要研发既具有极低氧化复原电位又具备强韧电化学耐久性的阳极电致变色资料。
在这项作业中，咱们初次展示了使用钛酸锂（LTO）作为EAB负极，并结合根据NH 4+的富蔗糖电解质和PB正极，一起完成了优异的电致变色和电池功用。卓越的EAB功用可归因于LTO负极的运转稳定性、高光学对比度、大面积容量和低氧化复原电位，以及精密的电解质工程。具体表征标明，NH 4+能与两个电极产生温和反响，使得器材在离子嵌入和脱出过程中保持稳定且动力学快速。蔗糖添加剂能有用抑制析氢反响（HER），从而使电解质在高电压下保持稳定。因此，该器材表现出持久的稳定性（液态电解质中>10,000次循环，水凝胶电解质中>20,000次循环）、高光学对比度（73.3%）、短切换时刻（1.87 s/5.99 s）以及在大尺度（10 cm × 10 cm）下的均匀上色。最重要的是，得益于LTO的低氧化复原电位，LTO和PB之间大的电极氧化复原电位差带来了高均匀放电电压（1.04 V）、高能量/功率密度（63.21 mWh m −2 /1042 mW m −2），且往返能量功率高达74.86%，这些目标与EC器材中报导的最佳数值[16,17]适当。咱们的作业证明了根据LTO的EAB作为一种可扩展渠道的潜力，