电子科大《JMCA》：电量“看”得见！电致变色电池新进展

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导读：电致变色电池作为新一代透明电子技术的产物，其发展受限于其低容量以及苛刻的变色条件。本文将制备的复合材料应用于锌离子电池，展现出较高的能量密度和功率密度的同时，在0.5-1.6 V的电压范围内具有优异的电致变色性能。

可穿戴/柔性电子设备的快速发展，逐渐改变了人们的日常生活，也使得人们对高效智能储能设备的发展产生了更高的期望。近年来，储能装置采用了更先进的技术，使其更加智能化。例如，具有自供电能力、阳光敏感、颜色变化特征的智能储能系统已经被广泛报道并受到了极大的关注。因此，设计出具有智能特性的创新性储能装置，有着重大的意义。在新一代智能电子技术及设备中，电致变色电池具有很好的应用前景。电致变色是指材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。然而，由于电致变色材料常受到容量低以及变色条件苛刻的影响，发展设计高性能的电致变色电池仍是一个难题。。

近日，电子科技大学贾春阳教授团队通过电化学聚合得到了磺酸基自掺杂的聚苯胺(SPANI)电极材料，该SPANI电极膜在锌离子电池中展现出较高的能量密度和功率密度(181.1 Whkg^-1@501.8 W kg^-1和124.7 Wh kg^-1@9148.6 W kg^-1)。同时由于PANI在不同氧化态下展现出的颜色不同的特性，该电池在0.5-1.6 V的电压范围内具有优异的电致变色性能（随电压从浅黄色逐渐向深绿色转变）。此工作以“A high performance actiniae-like self-doping polyaniline-based flexible all-in-one electrochromic, rechargeable Zn-ion battery”为题发表于国际知名期刊《Journal of Materials Chemistry A》上。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/TA/D0TA04203J

作者采用电化学氧化法制备得到了苯胺与苯胺-2,5-二磺酸共聚的阴极材料(SPANI膜)。该SPANI材料具有“类海葵状”的微观形貌，这种特殊的形貌使其离子扩散路径缩短，电化学动力学加快，比容量增，从而有利于电解液的渗透。

将SPANI及Zn分别电镀在Au/nylon66多孔膜两边的设计，让不同的功能层组装成了一个完整的架构，使相邻的层之间实现了无缝连接，从而很大程度上避免了柔性可穿戴设备在弯曲状态下导致的相邻电极之间的相对滑移和分离。因此，组装得到的电致变色锌离子电池（EC-ZIB）在兼具较高的比容量和优异的变色能力的同时，具有很好的柔性以及耐磨性。

图1. (a)两步电沉积法制备一体化EC-ZIB的原理图。(b)自掺杂聚苯胺在不同氧化态下的分子结构和电致变色效应。(c)磺化聚苯胺中链内和链间可能的相互作用。(d) EC-ZIB电致变色的灵活性展示图。

图2. SEM图:(a) Au/nylon66多孔膜。(b)SPANI薄膜。 (d) Au/nylon 66和Zn纳米薄片的XRD谱图。(e-g) SPANI膜的XPS谱图。(h) SPANI中C、N、O、S、Cl、S的EDS谱图。

图3. EC-ZIB的性能测试图。

图4. EC-ZIB器件及变色示意图。

图5. EC-ZIB的柔性弯曲测试。

综上所述，作者通过在柔性集流体(Au/nylon 66)的正面和背面简便地电沉积阴极(海葵-类SPANI)和阳极(Zn纳米薄片)，制备了一种一体化的EC-ZIB。这种一体化的EC-ZIB即使在不同的力学状态下也表现出显著的电致变色和电化学性能。这一研究，为柔性/可穿戴电子智能器件的开发提供了新的思路。（文：天航）

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