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近年来,随着电致变色技术的多功能集成需求,电致变色与储能一体化的双功能电致变色器件备受关注。五氧化二钒(V2O5)作为双极性且多彩色电致变色材料,同时作为储能电池正极材料极具前景,因此,成为电致变色与储能融合的理想材料之一。本文以准固态自支撑Zn2+基聚丙烯酰胺电解质膜(ZPEM)和液态Zn(CF3SO3)2-PC电解质为电解质,分别构筑了柔性ZPEM/V205/ITO电致变色器件和刚性ITO/V2O5/ZGE/PB/ITO互补式电致变色器件,并且证实了这些器件具有电致变色和能量存储特性。对于Zn2+/V2O5体系,系统研究了 V2O5薄膜的形貌、微结构、组分、电阻转变、赝电容特性、电致变色和电化学等性能,揭示了 Zn2+对V205活性界面插层机理。主要研究内容如下:1.采用电化学沉积法在ITO/PET和ITO/Glass衬底上制备V2O5薄膜。V205薄膜具有层状且非晶中嵌有纳米晶结构特征,1.299 nm的层间距为Zn2+的嵌入/脱嵌提供了输运自由通道,非晶相能够缓冲离子嵌入/脱嵌可能引起的薄膜局部应力集中和抑制V205结构坍塌,提高V205薄膜的稳定性。2.通过对V205薄膜不同着色态和褪色态的XRD(X射线衍射)、Raman、XPS(X射线光电子能谱分析)分析表明,随着褪色/着色电压从+2.0V至-0.5 V逐渐减小,层间距从1.330nm至1.205 nm逐渐减小,这源于Zn2+的嵌入/脱嵌层间作用力变化。着色态下,V205薄膜(V202)n键的伸缩振动、V-03键的拉伸振动、V2-O的拉伸和弯曲振动显现为Raman非活性,褪色态下为Raman活性,说明了Zn2+或电子的嵌入/脱嵌伴随着可逆的氧化-还原反应。随着褪色/着色电压从+2.0V至-0.5 V逐渐减小,V5+从占总体的90.40%逐渐降低至4.29%;相应地,V4+从占总体的4.92%逐渐升高至83.25%,证实了Zn2+/V205活性界面V5+和V4+可逆的氧化-还原反应。3.Zn2+/V205体系具有典型的赝电容行为,电容性电荷在总电荷中为主要贡献。令人印象深刻的是,V205膜具有高度可逆多彩色电致变色性能,能够在绿蓝色,黄绿色,青黄色,淡黄色,黄橙色和红橙色间转换。光学调制高达67.01%,最大光学透过率高达94.86%。原位光谱表明,着色/褪色响应时间分别为20.94/34.35 s,着色效率可达道28.57 cm2C-1。该体系能够得到以上这些优异的电致变色性能主要得益于以下几点:V205薄膜大的层间距,V205非晶相缓冲作用,Zn2+大的库伦作用力能够抑制V2O5薄膜结构坍塌和V2O5薄膜中的结构水在Zn2+在迁移中起到润滑作用。4.引入超薄SnO2作为界面层,对比分析单层V2O5和双层SnO2/V205电极的电化学性能与电致变色性能,SnO2界面层能够提高Zn2+在V205活性界面的扩散输运能力,改善光学调制(高达约84%)和着色效率(从64.36 cm2 C-1提高到117.35m2 C-1)。5.采用了直接贴合法和真空灌注法分别制备了柔性ZPEM/V205/ITO电致变色器件和刚性ITO/V2O5/ZGE/PB/ITO互补型电致变色器件。柔性ZPEM/V2O5/ITO器件显示了 5种多彩色电致变色特性,光学调制高达57.88%,最大光学透过高达71.63%。器件的着色/褪色时间分别为35.48 s/32.52 s,着色效率高达36.91 cm2C-1,在2000次充放电循环后电容保持比衰减为初始态的82.35%,能量存储性能测试表明,器件的最大的能量密度为12.54 μWh cm-2,电荷存储量为143.1 mC cm-2,证实了器件在充放电过程中赝电容行为。引入超薄Sn02作为界面层,有效提高器件ITO/V205/ZGE/PB/ITO互补型电致变色性能。两种类型褪色态电致变色器件充电后的开路电压约为1.60 V,串联的两个器件可以作为电源点亮LED(发光二极管)。结果表明,Zn2+/V205体系的电致变色器件实现电致变色和能量存储双功用。