她，师从崔屹院士，「国家级青年人才」，新发Angew！实现电致变色电池

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-10-03 08:18

主要观点总结

本文介绍了上海科技大学刘巍团队的研究成果，他们利用具有开放结构的Wadsley-Roth相Nb 18 W 16 O 93 和普鲁士蓝构建了一种高性能互补电致变色能量存储设备（CEESD）。该设备使用Al 3+ /K + 双离子水溶液电解质，具有快速响应、高容量和大着色效率的特点。研究表明，Al 3+ 和K + 阳离子选择性地插入在Nb 18 W 16 O 93 中，与普鲁士蓝电极中的协同作用提高了电致变色性能。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景及挑战

水系电解液中的多价离子，尤其是Al 3+ ，有助于提高容量和色彩对比度。然而，缺乏合适的正极和负极电致变色材料是铝离子电致变色电池面临的主要挑战。

关键观点2: 研究成果

上海科技大学刘巍团队报道了具有开放结构的Wadsley-Roth相Nb 18 W 16 O 93 能够实现Al 3+ 的可逆插层。基于Nb 18 W 16 O 93 与普鲁士蓝的结合，混合Al 3+ /K + 水溶液的互补电致变色能量存储设备显示出快速响应、高容量和大着色效率。

关键观点3: 研究亮点

实验和DFT计算证明，Al 3+ /K + 双离子在Nb 18 W 16 O 93 和普鲁士蓝电极中的协同效应促进了更好的电致变色性能的展现。该工作揭示了Wadsley-Roth相材料在克服与多价离子电致变色和电池开发方面的潜力。

关键观点4: 服务机构介绍

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正文

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水系电解液中的多价离子，尤其是Al ³⁺ ，有助于提高容量和色彩对比度，从而实现更可持续的后锂电致变色和能量存储。然而，缺乏合适的正极和负极电致变色材料是铝离子电致变色电池面临的主要挑战，进而限制了其光学对比度和使用寿命。

在此， 上海科技大学刘巍团队 报道了具有开放结构的Wadsley-Roth相Nb ₁₈ W ₁₆ O ₉₃ 实现了Al ³⁺ 的可逆插层。基于Nb ₁₈ W ₁₆ O ₉₃ 与普鲁士蓝的结合使用混合Al ³⁺ /K ⁺ 水溶液的互补电致变色能量存储设备显示出快速响应、高容量和大着色效率。研究显示，其优越的性能是由于Al ³⁺ 和K ⁺ 阳离子选择性地插入在Nb ₁₈ W ₁₆ O ₉₃ 中。Al ³⁺ /K ⁺ 双离子在Nb ₁₈ W ₁₆ O ₉₃ 和普鲁士蓝电极中的协同作用促进了电致变色性能的提高。

图1. 密度泛函理论DFT计算

总之，该工作基于Al ^3+/ K ⁺ 双离子水溶液电解质的Nb ₁₈ W ₁₆ O ₉₃ /普鲁士蓝系统构建了一种高性能互补电致变色能量存储设备（CEESD）。作者首先证明了具有TTB型结构的Wadsley-Roth相Nb ₁₈ W ₁₆ O ₉₃ 能够可逆地促进Al ³⁺ 的活性插层。此外，将Nb ₁₈ W ₁₆ O ₉₃ 与PB耦合用于混合Al ³⁺ /K ⁺ 水溶液电解质的CEESD，显示出快速响应、高着色效率和良好的循环稳定性。

实验和DFT计算证明， Al ³⁺ /K ⁺ 双离子在Nb ₁₈ W ₁₆ O ₉₃ 和PB电极中的协同效应促进了更好的电致变色性能的展现。因此，该工作揭示了Wadsley-Roth相材料在克服与多价离子电致变色和电池开发方面的潜力。

图2. 水溶液双Al ^3+/ K ⁺ 电解质中的原型设备电致变色性能

High-performance Complementary Electrochromic Batteries using Nb18W16O93 by the Synergistic Effects of Aqueous Al3+/K+ Dual-ion, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202415050

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